一顆ARM架構(gòu)芯片的軟硬件構(gòu)成

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  一顆ARM架構(gòu)芯片硬件和軟件是一顆芯片系統(tǒng)互相依存的兩大部分。

1.硬件

主控CPU：

   運算和控制核心。基帶芯片基本構(gòu)架采用微處理器+數(shù)字信號處理器(DSP)的結(jié)構(gòu)，微處理器是整顆芯片的控制中心，會運行一個實時嵌入式操作系統(tǒng)(如Nucleus PLUS)，DSP子系統(tǒng)負(fù)責(zé)基帶處理。

   應(yīng)用處理器則可能包括多顆微處理器，還有GPU。

   微處理器是ARM的不同系列的產(chǎn)品(也可以是x86架構(gòu))，可以是64位或者32位。處理器內(nèi)部通過“內(nèi)部總線”將CPU所有單元相連，其位寬可以是8-64位。

總線：

   計算機(jī)的總線按功能可以劃分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，分別用來傳輸數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)地址和控制信號。

   CPU內(nèi)部部件由內(nèi)部總線互聯(lián)，外部總線則是CPU、內(nèi)存、輸入、輸出設(shè)備傳遞信息的公用通道，主機(jī)的各個部件通過總線相連接。

   外部設(shè)備通過相應(yīng)的接口電路再與外部總線相連接，從而形成了硬件系統(tǒng)。外部總線通過總線接口單元BLU與CPU內(nèi)部相連。

   片上總線標(biāo)準(zhǔn)高級微控制器總線結(jié)構(gòu)AMBA定義了高性能嵌入式微控制器的通信標(biāo)準(zhǔn)。

   定義了三組總線：AHB(AMBA高性能總線)、ASB(AMBA系統(tǒng)總線)、和APB(AMBA外設(shè)總線)。

   AHB總線用于高性能、高時鐘工作頻率模塊。AHB為高性能處理器、片上內(nèi)存、片外內(nèi)存提供接口，同時橋接慢速外設(shè)。DMA、DSP、主存等連在AHB上。

   ASB總線主要用于高性能系統(tǒng)模塊。ASB是可用于AHB不需要的高性能特性的芯片設(shè)計上可選的系統(tǒng)總線。

   APB總線用于為慢速外設(shè)提供總線技術(shù)支持。

   APB是一種優(yōu)化的，低功耗的，精簡接口總線，可以支持多種不同慢速外設(shè)。由于APB是ARM公司最早提出的總線接口，APB可以橋接ARM體系下每一種系統(tǒng)總線。

外設(shè)I/O端口和擴(kuò)展總線：

   GPIO通用端口、UART串口、I2C、SPI 、SDIO、USB等，CPU和外擴(kuò)的芯片、設(shè)備以及兩顆CPU之間(如基帶處理器和應(yīng)用處理器之間)進(jìn)行通信的接口。

   一般來說，芯片都會支持多種接口，并設(shè)計通用的軟件驅(qū)動平臺驅(qū)動。

存儲部件和存儲管理設(shè)備：

   Rom、Ram、Flash及控制器。處理器系統(tǒng)中可能包含多種類型的存儲部件，如Flash、SRAM、SDRAM、ROM以及用于提高系統(tǒng)性能的Cache等等，不同的芯片會采用不同的存儲控制組合。

外設(shè)：

   電源和功耗管理、復(fù)位電路和watchdog定時復(fù)位電路(前者是系統(tǒng)上電運行、后者是Reset或者超時出錯運行)、時鐘和計數(shù)器、中斷控制器、DMA、 輸入/輸出(如鍵盤、顯示器等)、攝像頭等。

2.軟件芯片上的軟件主要包括Boot代碼、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序以及硬件的firmware。

  Boot程序引導(dǎo)設(shè)備的啟動，是設(shè)備加電后在操作系統(tǒng)內(nèi)核運行之前運行的一段小程序。

  通過這段小程序，我們可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。

操作系統(tǒng)是管理和控制計算機(jī)硬件與軟件資源的計算機(jī)程序，其五大管理功能是：

1處理器管理，主要包括進(jìn)程的控制、同步、通信和調(diào)度。

2存儲器管理，主要包括內(nèi)存的分配、保護(hù)和擴(kuò)充，地址映射。

3設(shè)備管理，主要包括設(shè)備的分配、處理等。

4文件管理，主要包括文件的存儲空間管理，目錄管理，文件的讀寫和保護(hù)。

5作業(yè)管理，主要包括任務(wù)、界面管理，人機(jī)交互，語音控制和虛擬現(xiàn)實等。

應(yīng)用處理器上的操作系統(tǒng)有Android、IOS等，不必多說;基帶處理器上則會運行一個RTOS(如Nucleus PLUS)管理整個基帶系統(tǒng)上的任務(wù)和部件間的通信。

應(yīng)用程序是為了完成某項或某幾項特定任務(wù)而被開發(fā)運行于操作系統(tǒng)之上的程序。

應(yīng)用處理器上，結(jié)合操作系統(tǒng)API和庫函數(shù)，用戶可以開發(fā)各色應(yīng)用程序;基帶處理器上則一般只有少量必要的軟件支持。

硬件firmware則是簡化軟件與硬件的交互，讓硬件操縱起來更容易。

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