ARM TABANLI İŞLEMCİLER

GİRİŞ ARM, Advanced RISC Machines kelimelerin baş harflerinden oluşmaktadır. 1978 yılında İngiltere’de kurulan Acorn Computers Ltd tarafından geliştirilmiştir. 1985 yılında ARM1 adıyla ilk ticari RISC işlemci geliştirilmiştir. Acorn firması, ARM mimarisi geliştirmekte/tasarlamakta lisans ücreti ile Samsung, ATMEL, Freescale, Philips, TI (Texas) gibi firmalar tarafından üretilmektedir. 2

NEDEN ARM İŞLEMCİLER Güç tasarrufu Düşük fiyat, Yüksek performans, Kullanım kolaylığı, Tek yonga üzerinde USB, Ethernet, CAN, I2C vb. kompleks donanımlara sahip olmaları, 32 bit gibi yüksek kelime uzunluğu ve özel donanımları ile hızlı matematik ve çarpım işlem kapasitesi, Mikroişlemci seçerken önemli faktörler; sistem maliyeti, nihai ürünün boyut ve ağırlığı, güç tüketimi , sunduğu çevresel birim çeşitliliği ve hız. 3

ARM İŞLEMCİLER NERELERDE KULLANILIR Mobil cihazlar, PDA, Cep Telefonları, Medya Oynatıcılar, VCD, DVD vb., Hesap Makineleri, 4

INTEL vs ARM 5

ARM İŞLEMCİ TÜRLERİ 6

ARM İŞLEMCİ TÜRLERİ Klasik ARM İşlemciler: (ARMv1-ARMv6) ARM7, ARM9, ARM11 Mikrodenetleyicilerin çekirdeklerini oluşturmaktadır. Kullanımı giderek azalmaktadır. Motor kontrolü, sinyal işleme gibi geleneksel mikrodenetleyici uygulamalarında tercih edilmektedir. ARM Cortex Gömülü Sistemlere Yönelik İşlemciler: (ARMv7) Cortex M ve R serisi işlemciler bu gruba girmektedir. Cortex M serisi, düşük güç tüketiminin önemli olduğu elektronik kontrol uygulamalarında tercih edilen bir işlemcidir. Cortex R serisi ise gerçek zamanlı çalışan işlemcilerdir. Tıbbi cihazlar, yazıcılar, modem, kamera gibi cihazlarda tercih edilir. 7

ARM İŞLEMCİ TÜRLERİ ARM Cortex Uygulama İşlemcileri: (ARMv8-A) 64-bit desteği sadece bu ailede bulunmaktadır. Cortex A5x ve ilerisi işlemciler bu gruba girmektedir. Akıllı telefon, tablet PC, netbook gibi cihazlarda kullanılır. Yüksek hız ve performans gerektiren uygulamaların çalışacağı platformlarda tercih edilir. (Görüntü işleme, karmaşık hesaplamalar vb) SecurCore İşlemciler: Güvenliğin önemli olduğu alanlarda tercih edilmektedir. Akıllı kartlarda kullanılır 8

ARM İŞLEMCİ 9

ARM İŞLEMCİ TARİHSEL GELİŞİMİ 10

ARM İŞLEMCİ PROGRAM GELİŞTİRME PLATFORMLARI IAR Workbench for ARM (http://www.iar.com/) Keil for ARM (http://www.keil.com/arm/mdk.asp) Sourcery G++ (http://www.mentor.com/embedded-software/sourcery-tools/sourcery-codebench/overview/) Green Hills Tools for ARM (http://www.ghs.com/) Windriver (http://www.windriver.com/) Embest IDE for ARM (http://www.armkits.com/) CrossWorks for ARM (http://www.rowley.co.uk/) 11

FriendlyARM Mini 6410

Friendly ARM Mini6410 Teknik Özellikleri Samsung S3C6410 mobil işlemciye sahiptir. 32-bit ARM 11 RISC mikroişlemci, 533 / 667 MHz işlemci hızı, 3D hızlandırıcı (accelerator), 32 kanal Direct Memory Access (DMA), UART, USB 2.0 OTG, Ethernet 32 bit veriyolu Real Time Clock (RTC), 5v ile çalışma, 4.3’’ LCD, 8 push buton ve 1 A/D pot giriş elemanı – 4 LED çıkış elemanı İşletim Sistemi Desteği: Windows CE6, Linux, Ubuntu, Android 256 MB RAM, 256 Bayte EEPROM (I2C), 1 GB’a kdar NAND Flash PWM, 30 pin GPIO, 20 pin (SD, SPI, I2C), Audio giriş/çıkış 13

Samsung S3C6410 Mobil İşlemci 14

ARM İşlemci Mimarisi ARM7 işlemcilerin basitleştirilmiş iç mimarisi yandaki şekilde görülmektedir. 16 adet 32-bitlik Kaydedicilere sahiptir. R0-R12 Genel Amaçlı (Kullanıcı Kaydedicileri), R13-R15 Özel Amaçlı Kaydediciler R13 Stack Pointer (SP), R14 Link Register (LR), R15 Program Counter (PC) 15

Geçerli Program Durum Kaydedicisi (Current Program Status Register, CPSR) İşlemcinin o anki durumunu gösteren ve kontrol eden 32-bitlik bir kaydedicidir. ARM işlemciler, 32-bitlik ARM ve 16-bitlik Thumb komut setlerini destekler. Thumb kullanımı için T biti aktif edilmelidir. CPSR’nin ilk 5 biti, işlemcinin desteklediği çalışma modlarını belirler. 16

ARM İşlemci Çalışma Modları Çalışma modları arası geçiş, donanımsal kesme, yazılımsal kesme ve hata gibi durumlarda gerçekleşir. Her çalışma modunda R13 ve R14 o moda özel yeni bir kaydedici olarak görev yapar. Her modun kendine özel yığın ve link (LR) kaydedicisi vardır. Kullanıcı programları (User) modunda çalışır. Kullanıcı modu dışındaki modlar Saved Program Status Register (SPSR) sahiptir. 17

ARM İşlemci Çalışma Modları User: Normal program çalışma modu. FIQ: Yüksek hızlı veri transferi için hızlı interrupt. (Yüksek öncelikli) IRQ: Genel amaçlı kesme durumu için kullanılır. (Düşük öncelikli) Supervisor: İşletim sistemi için korumalı mod. (Yazılımsal kesme) Abort: Sanal bellek ve/veya bellek koruma uygulamaları. Undefined: Donanımsal yardımcı işlemcinin yazılım emülasyon desteği. System: Özelleştirilmiş sistem görevleri çalıştırılır. Yeni nesil ARM işlemcilerde çalışma modları 2’ye kadar düşmüştür. 5 kesme istisna (exception) modu olarak bilinir. (kırmızı renkli) 18

ARM Sistemlerde Bellek Mimarisi   Big-endian; önemli (değerli) baytın solda olduğu sıralamadır. Little-endian; önemli baytın sağda olduğu sıralamadır. Her işlemci kendi sıralamasını seçer. Örneğin i386 tabanlı işlemciler little-endian, Java Virtual Machine, big-endian kullanır. 19

Bilmeniz Gerekenler ARM işlemci türleri arasındaki farklar nelerdir. ARM işlemcinin çalışma modları nasıl belirlenir. 32-bitlik veriler bellekte nasıl yerleştirilir. Araştırma Soruları Gömülü sistemler ile sistem programlama arasındaki fark nedir? Çip üzerinde sistem (System on Chip, SoC) nedir? 20

Kaynaklar Doç.Dr. Cüneyt BAYILMIŞ, Mikroişlemci Ders Notları, Sakarya Ün. J.R. Gibson, An Introduction Arm Assembly Language, J. A. Langbridge, Professional Embedded ARM Development, B. Samancı, LPC2000 Programlama Klavuzu 21