ARM_Processor

1ARM微处理器介紹2ARM微处理器概述ARM（AdvancedRISCMachines）是一个公司的名字，也是一类微处理器的通称。1991年ARM公司成立于英国剑桥主要出售芯片设计技术的授权。目前采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器。ARM现在已遍及工业控制消费类电子产品通信网络系统ARM的微处理器应用约占32位RISC微处理器75%以上的市场比例ARM系统架构自诞生至今，已定义了6种不同的版本3ARM微处理器特点一般ARM微处理器具有如下特点：体积小、低功耗、低成本、高性能。支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件。大量使用缓存器，指令执行速度更快。大多数数据操作都在缓存器中完成。寻址方式灵活简单，执行效率高。指令长度固定。4ARM6/7核心(Core)架构核心特色3stage管线(pipeline)32bitALUand缓存器5ARM系统总线(Bus)架构-AMBAAMBA(AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture)AHB(AdvancedHigh-performanceBus):highspeedbusASB(AdvancedSystemBus):tristatebusAPB(AdvancedPeripheralBus):LowspeedbusBridge:connecttwobussystemMaster:InitiatetherequestSlave:RespondtherequestArbiter:DecidewhichMastertousethebusDecoder:AddressdecodefortheSlaveARMcoreSlaveDeviceMasterDeviceBridgeAHBDecoderUARTtimerAHBorASBAPBAHBArbiter6ARM系统架构-v1版架构该架构只在原型机ARM1出现过，具基本性能：基本的数据处理指令（无乘法）；字节、半字和字的Load/Store指令；转移指令，包括子程序调用及链接指令；软件中断指令；寻址空间：64MB(226)。7ARM系统架构-2v2版架构该版架构对v1版进行了扩展，如ARM2与ARM3(v2a版)架构，增加了以下功能：乘法和乘加指令；支持协处理器操作指令；快速中断模式；SWP/SWPB的最基本内存与缓存器交换指令；寻址空间：64MB8ARM系统架构-v3版架构该版对ARM体系结构作了较大的改动，把寻址空间增至32位(4GB)，增加了当前程序状态缓存器CPSR和程序状态保存缓存器SPSR以便于异常处理。增加了中止和未定义2种处理器模式。ARM6就采用该版结构。指令集变化如下：增加了MRS/MSR指令，以访问新增的CPSR/SPSR缓存器；增加了从异常处理返回的指令功能。9ARM系统架构-v4版架构V4版结构是目前最广泛应用的ARM体系结构，对v3版架构进行了进一步扩充，有的还引进了16位的Thumb指令集，使ARM使用更加灵活。ARM7、ARM9和StrongARM都采用了该版结构。其指令集中增加了以下功能：符号化和非符号化半字及符号化字节的存/取指令；增加了16位Thumb指令集；完善了软件中断SWI指令的功能；处理器系统模式引进特权方式时使用用户缓存器操作；把一些未使用的指令空间捕捉为未定义指令。10ARM系统架构-v5版架构在v4版基础上增加了一些新的指令。ARM10和XScale都采用该版架构。这些新增指令有：带有链接和交换的转移BLX指令；计数前导零计数CLZ指令；BRK中断指令；增加了信号处理指令（v5TE版）；为协处理器增加更多可选择的指令。11ARM系统架构-v6版架构ARM体系架构v6是2001年发布的。有以下基本特点：100%与以前的体系兼容；SIMD媒体扩展，使媒体处理速度快1.75倍；改进了的内存管理，使系统性能提高30%；改进了的混合端(Endian)与不对齐数据支持，使得小端系统支持大端数据（如TCP/IP），许多RTOS是小端的；为实时系统改进了中断响应时间，将最坏情况下的35周期改进到了11个周期。预计2004年将推出v7版架构。12ARM微处理器系列除了具有ARM架构的共同特点以外，每一个系列的ARM微处理器都有各自的特点和应用领域。ARM7系列ARM9系列ARM9E系列ARM10E系列ARM11E系列Intel的XscaleIntel的StrongARM13ARM7微处理器系列ARM7系列微处理器为低功耗的32位RISC处理器，最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用，ARM7微处理器系列具有如下特点：具有嵌入式ICE－RT逻辑，除错开发方便。极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如携带型产品。能够提供0.9MIPS/MHz的三级管线结构。14程序代码密度高并兼容16位的Thumb指令集。对操作系统的支持广泛，包括WindowsCE、Linux、PalmOS等。指令系统与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用户的产品升级换代。主频???15ARM7微处理器系列ARM7系列微处理器的主要应用领域为工业控制、Internet设备、网络和数据机设备、行动电话等多种多媒体和嵌入式应用。ARM7系列微处理器包括如下几种类型的核ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器，属低端ARM处理器核。16TDMI的基本含义为：T：支持16为压缩指令集Thumb。D：支持片上Debug。M：内嵌硬件乘法器（Multiplier）。I：嵌入式ICE，支持片上断点和??谁17ARM7系列结构功能特性的比较EmbeddedICE-RTETM7interfaceARMV4TARM7coreThumbinstructionsetEmbeddedICE-RTETM7interfaceARMV4TARM7coreThumbinstructionsetEmbeddedICE-RTETM9interfaceDSPJazelleARMV5TEJThumbinstructionsetMMU8KBcacheEmbeddedICE-RTETM7interfaceARMV4TARM7coreThumbinstructionsetAHBinterfaceARM7TDMIV4ARM7TDMI-SV4ARM7EJrev1TEJARM720TV4SynthesizableCoreJazelle&DSP开放平台的处理核心18ARM9微处理器系列ARM9系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。ARM9系列微处理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三种类型。ARM9具有以下特点：5级整数管线，指令执行效率更高。提供1.1MIPS/MHz的哈佛结构。19支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。支持32位的高速AMBA总线接口。全性能的MMU，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多种主流嵌入式操作系统。MPU支持实时操作系统。支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力。20ARM9系列结构•ARM920T:Dual16kcachesforapplicationsrunningSymbianOS,PalmOS,LinuxandWindowsCE•ARM922T:Dual8kcachesforapplicationsrunningSymbianOS,PalmOS,LinuxandWindowsCE•ARM940T:Dual4kcachesforembeddedcontrolapplicationsrunningaRTOS21ARM9系列结构功能特性的比较MMUDual8KBcacheEmbeddedICE-RTARMV4TARM9coreThumbinstructionsetASBinterfaceARM920Trev1ARM922Trev1ARM940Trev2开放平台处理核心开放平台处理核心嵌入式RTOS核心MMUDual8KBcacheEmbeddedICE-RTARMV4TARM9coreThumbinstructionsetAHBinterface保護單元Dual4KBcacheEmbeddedICE-RTARMV4TARM9coreThumbinstructionsetASBinterface22ARM9E系列结构ARM9E特色:高性能与低功耗特性方面的最佳硬件单元DSP扩充EmbeddedICE-RTdenugLogic1.1Mips/MHz,Five-stagepipelineTightlyCoupledMemory(TCM)主要是应用在先进的引擎管理，仪表仪器，安全系统，SetTopBox，PDA，网络计算机，或是智能电话。23ARM9E系列结构24ARM9E系列结构功能特性的比较TCMInterfaceEmbeddedICE-RTETM9InterfaceARMv5TEARM9EcoreThumbinstructionsetAHBinterfaceARM966E-Srev2ARM946E-Srev1ARM926EJ-Srev0整合嵌入式核心整合嵌入式RTOS核心Jazelle致能整合开放平台OS处理核心保護單元靈活的cacheEmbeddedICE-RTDSP擴充ETM9InterfaceARMv5TEARM9EcoreThumbinstructionsetAHBinterfaceMMU靈活的cacheTCMInterfaceEmbeddedICE-RTETM9InterfaceDSP擴充Jazelle擴充ARMv5TEJARM9coreThumbinstructionset雙ASBinterface25ARM10E微处理器系列ARM10E系列微处理器具有高性能、低功耗的特点，由于采用了新的架构，与同等的ARM9器件相比较，在同样的时钟频率下，性能提高了近50％同时，ARM10E系列微处理器采用了两种先进的省电方式，使其功耗极低。ARM10E系列微处理器的主要特点如下：援DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。266级整数管线，指令执行效率更高。援32位ARM指令集和16位Thumb指令集。援32位的高速AMBA总线接口。援VFP10浮点处理协处理器。全性能的MMU支援Wind???!27ARM10E系列结构ARM10EThumb®Family400-700MIPSLow-PowerSystem-on-ChipProcessorSolutions:28ARM11E系列系列结构PowerfulARMv6instructionsetarchitectureLowpowerconsumption0.4mW/MHz(0.13µm,1V)includingcachecontrollersHighperformanceintegerprocessor8-stageintegerpipelinedelivershighclockfrequencyHighperformancememorysystemdesignSupports4-64kcachesizesARMv6memorysystemarchitectureacceleratesOScontext-switchVectoredinterruptinterfaceOptionalVectorFloatingPointcoprocessor(ARM1136JF-S)forautomotive/industrialcontrol