《嵌入式系统基础教程》课程考核论文

《嵌入式系统基础教程》课程考核论文姓名：********班级：11级***指导教师：******时间：２０１４．６ARM处理器在手机中的发展ARM简介ARM成立于1991年，是一家出售IP（技术知识产权）的公司。ARM家族占了所有32位元嵌入式处理器75%的比例，使它成为占全世界最多数的32位元架构之一。ARM处理器可以在很多消费性电子产品上看到，从可携式装置（PDA、移动电话、多媒体播放器、掌上型电玩，和计算机）到电脑周边设备（硬盘、桌上型路由器）甚至在导弹的弹载计算机等军用设施中都有他的存在。ARM历史ARM的设计是Acorn的电脑公司（AcornComputersLtd）于1983年开始的开发计划。这个团队由RogerWilson和SteveFurber带领，着手开发一种新架构，类似进阶的MOSTechnology6502处理器。Acorn有一大堆建构在6502架构上的电脑，因此能设计出一颗类似的芯片即意味着对公司有很大的优势。团队在1985年时开发出ARM1Sample版，而首颗真正的产能型ARM2于次年量产。后继的处理器ARM3更备有4KB的高速缓存，使它能发挥更佳的效能。在1980年代晚期，苹果电脑开始与Acorn合作开发新版的ARM核心，由于这专案非常重要，Acorn甚至于1990年将设计团队另组成一间名为安谋国际科技（AdvancedRISCMachinesLtd.）的新公司。也基于这原因，使得ARM有时候反而称作AdvancedRISCMachine而不是AcornRISCMachine。由于其母公司ARMHoldingsplc于1998年的伦敦交易市场和NASDAQ挂牌上市，使得AdvancedRISCMachines成了ARMLtd旗下拥有的产品。这个专案到后来进入了ARM6，首版的式样在1991年释出，然后苹果电脑使用ARM6架构的ARM610来当作他们AppleNewtonPDA的基础。在1994年，Acorn使用ARM610做为他们RiscPC电脑内的CPU。ARM架构在手机中的发展历程ARM公司目前已经在移动电话领域占据了90%的市场份额，超过100家半导体公司持有不同形式的ARM授权。其中包括Intel、IBM、LG、NEC、SONY、NXP（原PHILIPS）和NS等公司。也有包括微软、升阳和MRI等一系列知名软件系统公司。因为ARM9之前的ARM核心基本上都是应用在音乐播放器、游戏机、相机以及计算器等电子产品中，所以这部分就不做过多介绍了，以下着重介绍在智能手机中广泛应用的ARM9及之后的ARM架构。1.ARM9处理器系列ARM9系列于1997年问世，ARM9处理器系列包括ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM968E-S处理器。ARM926EJ-S™处理器具有一个采用Jazelle®技术的增强型32位RISCCPU、灵活的大小指令和数据高速缓存、紧密耦合内存(TCM)接口和内存管理单元(MMU)。它还提供单独指令和数据AMBA®AHB™接口，适合基于多层AHB的系统。ARM926EJ-S处理器可执行ARMv5TEJ指令集，其中包括功能得到增强的16x32位乘法器，可进行单周期MAC运算，以及16位定点DSP指令，可增强多个信号处理应用程序的性能并支持Thumb®技术。ARM926EJ-S处理器为入门级处理器，可支持完全版操作系统，其中包括Linux、WindowsCE和Symbian。因此，此处理器是众多需要完整图形用户界面的应用的理想之选。ARM926EJ-S被广泛的应用于智能手机处理器中。其中德州仪器OMAP1系列处理器、高通MSM6***系列处理器以及飞思卡尔、恩智浦半导体等都采用了ARM926EJ-S内核。OMAP1710是一款采用ARM926EJ-S内核的处理器，也是TI公司第一款采用90纳米制程的处理器，制程的减小也就意味着工作电压的下降，OMAP1710已经可以在1.05—1.3V之间动态调整，而普通待机状态下的耗电量仅为10mAh，在当时来说，可谓节能高手。OMAP1710最大工作频率可以达到220MHz，一级缓存已经提升为32KB。这样的性能在当时来说是相当强大的，当年诺基亚大部分智能手机都是采用的这颗核心，这些手机包括：诺基亚6630、6680、6681、E50、E60、E61、E62、E65、E70、N70、N71、N72、N73、N80、N90、N91、N92以及三星的SGH-i600、SGH-i607等，不过现在这样的性能已经明显过时了。2.Xscale架构简介XScale处理器主要用于掌上电脑等便携设备，它是Intel公司始于ARMv5TE处理器发展的产品，2006年6月，Intel将其通信及应用处理器业务出售给Marvell公司。Xscale处理器将Intel处理器技术和ARM体系结构融为一体，致力于为手提式通信和消费电子类设备提供理想的解决方案。并提供全性能、高性价比、低功耗的解决方案，支持16位Thumb指令和集成数字信号处理（DSP）指令。目前XScale的系列包括：PXA210（代号Sabinal）/PXA25x（代号Cotulla）,PXA26x与PXA27x（代号Bulverde）。其中主要用于智能手机种的处理器为PXA27x。PXA27x系列(内部代号Bulverde)包括了PXA270和PXA271-PXA272几款处理器。PXA270还内置了Intel的无线MMX技术，显著提升多媒体性能，官方说法是312MHz的CPU（PXA270系列中最低钟频的产品）将达到520MHzARMCPU的多媒体处理效能，而钟频达到624MHz则可以具备775MHzARMCPU的表现！PXA27x最高可达624MHz，采用该处理器的产品主要有HTCUniversal、摩托罗拉E680系列、RokrE2、RokrE2、ZaurusSL-C1000、3000、3100、3200、DellAximx30、x50和x51系列等。PXA3xx最高可达806GHz，代表机型：SamsungOmnia,SamsungSGH-i780。PXA900代表机型：Blackberry8700,BlackberryPearl(8100)。3.ARM11架构简介ARM11处理器系列所提供的引擎可用于当前生产领域中的很多智能手机；该系列还广泛用于消费类、家庭和嵌入式应用领域。该处理器的功耗非常低，提供的性能范围为小面积设计中的350MHz到速度优化设计中的1GHz（45纳米和65纳米）。ARM11处理器软件可以与以前所有ARM处理器兼容，并引入了用于媒体处理的32位SIMD、用于提高操作系统上下文切换性能的物理标记高速缓存、强制实施硬件安全性的TrustZone以及针对实时应用的紧密耦合内存。下面是ARM11的几个具体应用：ARM1136J－S发布于2003年，是针对高性能和高能效的应用而设计的。ARM1136J－S是第一个执行ARMv6架构指令的处理器，它集成了一条具有独立的load-store和算术流水线的8级流水线。ARMv6指令包含了针对媒体处理的单指令多数据流（SIMD）扩展，采用特殊的设计以改善视频处理性能。ARM1136JF－S就是为了进行快速浮点运算，而在ARM1136J－S增加了向量浮点单元。德州仪器OMAP2系列处理器采用了ARM1136架构，其中TIOMAP2420能管理130—400万像素的摄头和QVGA（240×320）分辨率的屏幕，支持蓝牙、红外和高速USB传输，兼容A-GPS定位功能，可利用WLAN功能无线上网，支持第三方SD、MMC存储卡扩展，并可使用SDI/O设备，能处理400万甚至更高像素的静态图片，能够记录30帧/秒的VGA（640×480）像素动态有声视频文件，能提供接近Hi-Fi级的3D环绕音效，支持TV-OUT输出功能，每秒可以计算200万个多边形。代表产品为诺基亚N82、N93、N95等。高通骁龙SnapdragonS1是针对当今大众市场的智能手机所开发的处理器，该处理器运算速度最高可达1GHz主频，是全球首款达到1GHz主频的移动单核产品。采用了65nm工艺并集成Adreno200图形处理器（GPU），采用ARM11架构的处理器型号MSM7627/7227(主频为600-800MHz)和MSM7625/7225(主频为528MHz)。Tegra处理器TegraAPX2500芯片的制程是65纳米，核心频率750MHz，并集成256KB的L2缓存。芯片亦内建GeForce核心，支持OpenGLES2.0和Direct3DMobile标准。APX2500属于ARM11MPCore架构，其低耗电设计，使手提电话可以长时间播放音乐或高清影片。此外，它支持720p的MPEG-4与H.264/MPEG-4AVC的解码。输出方面，它支持HDMI1.2和双显示输出。之后推出的TegraAPX2600在APX2500基础上增强了对NAND闪存的支持。2009年微软推出的ZuneHD中使用了TegraAPX2600芯片。Tegra600和Tegra650两款型号，整合ARM11MPCore、影音处理器，Tegra600支持720pH.264和VC-1影片解码，Tegra650更支持1080p影片解码。该系列目前已停产。4.ARMCortex-A5架构简介ARM公司在经典处理器ARM11以后的产品改用Cortex命名，并分成A、R和M三类，旨在为各种不同的市场提供服务。Cortex系列属于ARMv7架构，这是ARM公司最新的指令集架构。ARMv7架构定义了三大分工明确的系列：“A”系列面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用；“R”系列针对实时系统；“M”系列对微控制器。由于应用领域不同，基于v7架构的Cortex处理器系列所采用的技术也不相同，基于v7A的称为Cortex-A系列，基于v7R的称为Cortex-R系列，基于v7M的称为Cortex-M系列。Cortex-A5是Cortex-A家族中最低端的，其特点是功耗较低，单位功耗的效能很高，性能优于ARM9和ARM11，适合应用在千元级的低端产品市场。Cortex-A5内部核心数目1-4核可选，同时与Cortex-A8一样内部使用了TrustZone安全技术以及NEON多媒体处理引擎，并能与Cortex-A8/A9处理器实现完全的应用兼容.采用四核配置时，SOC芯片内部还可搭配MailGPU或由用户按需求配用PowerVRMBX。Cortex-A5架构功耗、性能、面积Cortex-A5处理器和Cortex-A8与Cortex-A9一样基于ARMV7架构，采用40nm低功耗制程技术制作，默认工作电压1.1V,单核核心频率480MHz，四核核心频率可达1GHz，含缓存的核心面积最小仅1平方毫米，一级缓存容量最大64KB,功耗/频率比参数为0.12mW/MHz。相比之下Cortex-A8处理器则采用65nm制程工艺制作，核心频率650MHz（65nmLP工艺）/1.1GHz（65nmGP工艺），内建二级缓存，二级缓存最大容量为1MB，一级缓存同为最大64KB.功耗/频率比参数为0.59/0.45mW/MHz。高通骁龙S1部分处理器采用了Cortex-A5架构，其中MSM7627A/7227A(主频为0.8-1.0GHz)和MSM7625A/7225A(主频为0.6-0.8GHz)。5.ARMCortex-A8架构简介ARMCortex-A8处理器是第一款基于ARMv7架构的应用处理器，Cortex-A8处理器的速率可以在600MHz到超过1GHz的范围内调节，能够满足那些需要工作在300mW以下的功耗优化的移动设备的要求；以及满足那些需要2000DhrystoneMIPS的性能优化的消费类应用的要求。TIOMAP3系列处理器采用了ARMCortex-A8架构，可提供比基于ARM11的处理器多至三倍的性能增益，同时使得3G手持终端具有可与笔记本电脑媲美的生产力以及先进的娱乐功能。作为业界第一