文档介绍：东南大学
硕士学位论文
基于ARM7的嵌入式微处理器存储管理单元的设计与实现
姓名:张启晨
申请学位级别:硕士
专业:电路与系统
指导教师:张萌
20080527
摘要关键词:随着电子产品中复杂应用的不断涌现,为了提高系统性能,嵌入式软件系统由单道程序系统向多任务操作系统方向发展,为了装载运行尽可能多的进程,存储器必须被有效地分配;为避免其他进程有意无意的干涉,每个进程都需要保护,有效的存储管理至关重要;同时,处理器和存储器之间的性能差距日益增大,成为限制系统性能的瓶颈。为了解决这些问题,人们在嵌入式处理器中引入存储管理单元,以支持虚拟存储机制并增强系统的性能和可靠性。是得到广泛使用的位高性能嵌入式处理器内核,但缺少闹С窒拗屏似应用范围。因此,本文以获得授权的处理器为研究对象,在自主研发的宏单元基础上设计开发兼容砥鞯腗。本文从介绍墓δ苋胧郑钊敕治銮度胧酱砥鱉的特点,根据功能要求对设计进行划分并确定了各模块的设计要素。随后详细讨论了设计中的重点和难点,对自主研发宏单元的功能建模进行描述,并将完成的设计集成至橹せ肪持薪蟹抡嫜橹ぁMü浞值牟馐韵蛄糠抡和软硬件协同验证,存储管理单元的正确性和有效性得到验证。论文中所给出的存储管理单元在设计过程中对嵌入式处理器特点给予充分考虑,体现了可复用性的要求,实现了兼容哪标。基于中芯国际ひ帐迪值拇娲⒐>阅芏员确抡娌馐裕引入的存储管理单元为处理器带来了蹲笥业南喽孕阅芴嵘B畚牡淖詈蟛糠痔教至舜娲⒐理单元的发展趋势,总结了本文的研究工作。系统芯片嵌入式处理器存储管理单元转换后备缓冲器高速缓存可重用设计
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研究生签名:盏蝗塾登壶是一日期:东南大学学位论文独创性声明东南大学学位论文使用授权声明研究生签名:导师签名:本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外,允许论文被查阅和借阅,可以公布ǹ论文的全部或部分内容。论文的公布ǹ授权东南大学研究生院办理。
—第一章绪论论文的背景嵌入式系统是将基于计算机的信息处理系统嵌入封闭产品中的“隐形的计算机系统”。在人们的日常工作和生活中,シ牌鳌⒋蛴』⒄粕系缒浴⑵档缱印⒅悄芸ǖ惹度胧较低车挠τ梦处不在。随着消费类电子产品需求的强劲增长、智能化应用的不断涌现以及微电子技术的快速发展,嵌入式系统的设计和实现越来越多被集成在单一的芯片上,嵌入式系统芯片应运而生。嵌入式谛畔⒓际姆⒄怪衅鸬街凉刂匾5淖饔茫玫搅斯惴旱挠τ谩W为嵌入式诵牡那度胧酱砥鳎找娓丛踊挠τ枚云湫畔⒋砟芰μ岢隽烁喔叩囊G蟆近十年来,随着嵌入式系统的发展和应用程序的智能化,运行在嵌入式酒系娜砑低由单道程序系统向多道程序多任务操作系统方向发展。在多任务系统中,存储器必须有效地分配以便尽可能多的进程可以紧密的装入存储器中;在多个任务运行的同时,每个进程都需要受到保护,以免其他进程有意无意的干涉【T谡庵忠G笕找嬖龀さ那榭鱿拢行У拇娲⒐芾肀涞弥凉刂匾#由软件配置硬件支持的虚拟存储机制被引入到嵌入式处理器中。随着半导体设计技术和生产工艺的快速发展,微处理器的速度一直以每年%的速度持续增长,而存储系统的存取速度增长相对则要缓慢的多Ⅱ。在年,典型的处理器运行速度为访问速度为欢旰蟠砥髟诵性诩赴費,而访问速度仅为T诮二十年的时间里,处理器的对于存储器带宽的需求呈二次方的比例增长,而等片外存储器的访问速度则以不到一次方的速度增长;情况在处理器出现后变得更糟,因为处理器对指令访问需求的存储器带宽更大。因此,传统的嵌入式处理器和外部存储系统直联的结构成为了性能的瓶颈【。┓桨赴ㄆ蟂巾紧耦合存储器疽⒏咚倩捍鍯俊疽H嗣且苍诓煌挠τ没肪诚露哉庑┢洗娲⒎桨缸了对比和评价,对于嵌入式娲⑵鞑愦谓峁沟脑缙谔剿骱投ㄒ遄隽松钊胙芯縫。对于不同的应用,各方案均存在各自的优势和劣势。淙辉诖嫒∷俣壬舷喽杂谄和速度有很大提高,但是它的引入会大大增加芯片的面积,因而实际可用的容量很有限。而且赟中被分配确定的访问地址,只能对于特定的小部分程序枰T厝雃进行优化,且对其访问需要占用总线带宽