ARM处理器‌的定义和起源

[导读]‌ARM处理器‌是一种基于精简指令集计算机(RISC)架构的中央处理器(CPU)系列。ARM全称为Advanced RISC Machine，意为“高级精简指令集机器”。‌

‌ARM处理器‌是一种基于精简指令集计算机(RISC)架构的中央处理器(CPU)系列。ARM全称为Advanced RISC Machine，意为“高级精简指令集机器”。‌

ARM处理器由英国的ARM公司设计，最初由Acorn计算机有限公司开发，旨在解决成本高和生产效率低的问题。1985年，Acorn推出了世界上第一款ARM处理器——ARM1，标志着ARM架构的诞生。

特点和应用领域

ARM处理器的主要特点包括低功耗、高性能和灵活性。由于其指令集的精简，ARM处理器在同等性能下功耗远低于基于复杂指令集(CISC)架构的处理器，特别适用于移动设备和物联网设备。此外，ARM处理器采用流水线执行和分支预测等技术，提高了运行效率，并且提供了广泛的可扩展性选项，从低功耗微控制器到高性能处理器。

与其他处理器的比较

与x86架构相比，ARM架构在能耗和性能上有显著差异。x86是一种复杂指令集计算机(CISC)架构，而ARM则是RISC架构，通过精简指令集设计实现低功耗。尽管x86处理器在原始计算吞吐量上可能优于ARM，但在某些特定用例中，ARM处理器的性能可能超过x86处理器。

ARM处理器是英国Acorn有限公司设计的低功耗成本的第一款RISC微处理器。全称为Advanced RISC Machine。ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集，一般来讲比等价32位代码节省达35%，却能保留32位系统的所有优势。ARM的Jazelle技术使Java加速得到比基于软件的Java虚拟机(JVM)高得多的性能，和同等的非Java加速核相比功耗降低80%。CPU功能上增加DSP指令集提供增强的16位和32位算术运算能力，提高了性能和灵活性。ARM还提供两个前沿特性来辅助带深嵌入处理器的高集成SoC器件的调试，它们是嵌入式ICE-RT逻辑和嵌入式跟踪宏核(ETMS)系列。

随着物联网技术的迅速发展，许多嵌入式系统具备了联网功能，为方便系统开发者集中监控和管理远程嵌入式系统，同时方便其他PC网上用户或智能手机App能够获取嵌入式系统数据，实现远程读数与控制[13]，本文提出了以STM32F103RC处理器为核心，结合WIZnet公司的W5500以太网接口芯片，利用新浪微博的二次开发接口[4]，设计了嵌入式新浪微博客户端，从而实现社交网络与嵌入式硬件系统的互动，可以把人与人的关系拓展到人与物的关系、物与物的关系。本系统结构如图1所示。

1 系统主要硬件介绍

1.1 STM32F103RC微控制器

STM32F103RC是基于CortexM3内核的32位ARM处理器芯片，其工作频率可达72 MHz;内置高速大容量存储器(512 KB Flash、64 KB RAM);丰富的增强I/O端口和外设资源，包括2个12通道DMA控制器、5路USART、3路SPI以及12位的ADC、DAC、FSMC、SDIO、USB、CAN总线、I2C总线等;具有标准和先进的通信接口;提供可编程电压检测器(PVD)，保证整个系统的稳定工作，具备较强的抗干扰能力。STM32F103RC广泛应用于医疗、手持终端、智能仪器仪表、计算机测控等领域[5]。

1.2 W5500以太网控制器

W5500是一款全硬件TCP/IP嵌入式以太网控制器，使用硬件逻辑门电路实现TCP/IP协议栈的传输层及网络层(包括TCP、UDP、ICMP、IPv4、ARP、IGMP、PPPoE等协议)，并集成了数据链路层、物理层，以及32 KB片上RAM作为数据收发缓存器。从而把网络数据流量的处理工作全部转移到W5500集成硬件中进行，使得嵌入式主控芯片MCU只需承担TCP/IP应用层控制信息的处理任务，从而大幅减少了上位机对于数据复制、协议处理和中断处理等方面的工作量，提升了系统利用率及可靠性。

在操作过程中，可以把W5500作为MCU的一个外设RAM来使用，操作简单方便。另外，W5500提供网络唤醒及省电模式供客户选用，从而降低系统功耗;还提供了SPI串行接口，能够很容易实现与外设MCU的整合，为嵌入式系统提供了简易的互联网接入方案。图2为W5500硬件系统结构[6]。

2 嵌入式微博客户端硬件评估板

图3为嵌入式微博客户端硬件评估板，其系统结构和主要电路原理图分别见图4～图6，该系统主要包括以下模块：

① USB电源、RS232通信模块;

② RESET复位模块，复位MCU;

③ AT24C16 EEPROM存储模块，存储系统参数等信息;

④ W5500模块，实现以太网接口功能;

⑤ STM32F103RC ARM处理器;

⑥ RJ45以太网硬件接口模块;

⑦ JTAG程序下载接口模块。

3 嵌入式微博客户端软件实现

3.1 ARM CPU软件开发环境构建

为了方便ARM Cortex系列CPU的开发，本文采用了IAR Embedded Workbench for ARM, 32K Kick start Edition，它是一个针对ARM 处理器的集成开发环境，包含编辑器、项目管理器、C/C++编译器和ARM 汇编器等。

3.2 W5500的配置与开发

W5500可以配置为TCP、UDP、IPRAW、PPPoE模式进行数据的发送或接收，在本文中只介绍TCP和新浪微博服务器的通信流程。由于W5500已经固化了TCP/IP协议栈，因此只需创建Socket接口即可实现网络通信，从而大幅简化了软件设计流程。W5500支持服务器和客户端模式，在本系统中，W5500扮演了客户端模式，其工作原理略——编者注。

3.3 嵌入式客户端代码

在STM32F103RC处理器中，嵌入式新浪微博客户端与微博服务器的数据通信C语言示例代码如下：

#include "w5500/socket.h"

#include "w5500/w5500.h"

#include

#define SOCK_WEIBO5

//给新浪微博选一个Socket，可以选0~7

#define WEIBO_SERVER"61.109.255.136"//新浪微博服务器IP地址

#define HTTP_PATH "/wiznet/"//HTTP路径

#define WEIBO_ID"xxxx@xxxx.xxx"//新浪微博 ID，按实际的ID输入

#define WEIBO_PWD"123456"//新浪微博登录密码，按实际的密码输入

char tmp_buf[512]={0x00,};//定义临时缓冲区用于存储微博内容和HTTP头

unsigned char post_weibo(char* weibo){

unsigned char weibo_server_ip[4] = {61,109,255,136};//微博服务器IP地址

static unsigned int any_local_port = 1000;

//TCP Socket 本地端口号，0~65 535中任取

char post_data[385]={0x00,};

unsigned char ret=0;

unsigned int len=0;

if (socket(SOCK_WEIBO,Sn_MR_TCP,any_local_port++,0)!=1){//TCP socket初始化

printf("Socket initialization failed. ");

return 0;

}

else{

ret=connect(SOCK_WEIBO,weibo_server_ip,80); //连接到服务器, 默认TCP 端口为80

if(ret!=1){

printf("Connect Weibo server failed. ");

return 0;

}

else{

while(getSn_SR(SOCK_WEIBO)!=SOCK_ESTABLISHED);//等待TCP连接

printf("Connected with Weibo server. ");

sprintf(post_data,"id=%s&pw=%s&cmd=update&status=%s",(char*)WEIBO_ID,(char*)WEIBO_PWD,weibo);

sprintf(tmp_buf,"POST %s HTTP/1.1 Host: %s UserAgent: w5500 ContentType: application/xwwwformurlencoded;charset=gb2312 ContentLength: %d %s",(char*)HTTP_PATH,(char*)WEIBO_SERVER,strlen(post_data),post_data);

len=send(SOCK_WEIBO,(unsigned char*)tmp_buf,strlen(tmp_buf));

//把数据发送到新浪微博

while(1){

len=getSn_RX_RSR(SOCK_WEIBO);

if(len>0){

memset(tmp_buf,0x00,512);

len=recv(SOCK_WEIBO, (unsigned char*)tmp_buf, len);

//接收从微博服务器返回的结果

char* p=strstr(tmp_buf,(char*)" ")+4;

//获得没有http header 的http payload 的返回值

printf("%s ",p);

disconnect(SOCK_WEIBO);//与微博服务器断开