嵌入式系統這個概念的引入是上世紀八十年代,它一般是由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統和用戶應用程序組成。我們生活當中常見的PDA、手機就使用了嵌入式的處理器和操作系統。目前這些便攜式設備的處理器大多數采用ARM授權的內核構架,并在此基礎上擴展緩存(Cache)和存儲系統制作成最終的處理器芯片。以下是幾個常見概念:
1、RISC(Reduced Instruction Set Computing)和CISC(Complex Instruction Set Computing)
精簡指令集系統和復雜指令集系統。計算機一般處理的是指令,指令包括操作碼和地址碼。根據操作碼的類型(代碼的長度)、地址的結構和尋址的方式,指令有簡單指令和復雜指令的區分。上世紀70年代以前,使用的都是CISC系統,在這種系統里指令使用頻率相差懸殊,大約有20%的指令會被反復使用,占整個程序代碼的80%。而余下的80%的指令卻不經常使用,在程序設計中只占20%,顯然,這種結構是不太合理的。
1979年美國加州大學伯克利分校提出了RISC(Reduced Instruction Set Computer,精簡指令集計算機)的概念。 RISC結構優先選取使用頻最高的簡單指令,避免復雜指令;將指令長度固定,指令格式和尋地方式種類減少;以控制邏輯為主,不用或少用微碼控制等措施來達到上述目的。
RISC體系結構具有如下特點:采用固定長度的指令格式,指令歸整、簡單、基本尋址方式有2至3種;使用單周期指令,便于流水線操作執行;大量使用寄存器,數據處理指令只對寄存器進行操作,只有加載/ 存儲指令可以訪問存儲器,以提高指令的執行效率。
2、ARM(Advanced RISC Machines)
ARM可以認為是一個公司的名字,也可以認為是對一類微處理器的通稱,還可以認為是一種技術的名字。ARM公司成立于英國劍橋,主要出售處理器內核設計技術的授權。采用ARM技術知識產權(IP)核的微處理器,就是我們通常所說的ARM微處理器。基于ARM技術的微處理器應用約占據了32位RISC微處理器75%以上的市場份額。
3、管線(Pipeline)
指令的處理機制。在ARM7TDMI里,對指令的操作包括讀取、解碼、執行三種管線。在ARM9TDMI處理器里,包括讀取、解碼、執行、存儲、寫入五種管線。
4、ICE(In Ciruit Emulation)
片內模擬器。ARM V4系列以后的處理器都在芯片內集成了ICE接口。用來作為程序模擬仿真的接口。
5、Thumb指令集
16Bit的精簡指令集合。在ARM內核里采用32Bit的ARM指令和16Bit的Thumb指令,使得16Bit的Thumb指令在32Bit的寄存器上執行,意味著它可以達到2倍的指令執行效率。運用在16Bit的存儲系統或者是處理高代碼密度的情況。
Thumb代碼可以提升比ARM代碼多65%的容量。在使用16Bit的存儲系統的情況下,比ARM處理提升160%的性能。