ARM_Processor资料

ARM微处理器介紹ARM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ARM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。ARM6/7核心(Core)架构 核心特色3stage管线(pipeline)32bitALUand缓存器ARM系统总线(Bus)架构-AMBA AMBA(AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture)AHB(AdvancedHigh-performanceBus):highspeedbusASB(AdvancedSystemBus):tristatebusAPB(AdvancedPeripheralBus):LowspeedbusBridge:connecttwobussystemMaster:InitiatetherequestSlave:RespondtherequestArbiter:DecidewhichMastertousethebusDecoder:AddressdecodefortheSlaveARMcoreSlaveDeviceMasterDeviceBridgeAHBDecoderUARTtimerAHBorASBAPBAHBArbiterARM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)。ARM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：64MBARM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。ARM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。ARM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。ARM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。ARM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StrongARMARM7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。 � 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???�ARM7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。 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�ARM7系列结构功能特性的比较ARM7TDMIV4 ARM7TDMI-SV4ARM7EJrev1TEJARM720TV4 SynthesizableCoreJazelle&DSP 开放平台的处理核心 EmbeddedICE-RT ETM7interface ARMV4T ARM7core Thumbinstructionset EmbeddedICE-RT ETM7interface ARMV4T ARM7core Thumbinstructionset EmbeddedICE-RT ETM9interface DSP Jazelle ARMV5TEJ Thumbinstructionset MMU 8KBcache EmbeddedICE-RT ETM7interface ARMV4T ARM7core Thumbinstructionset AHBinterfaceARM9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。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。ARM9系列结构 ARM920T:Dual16kcachesforapplicationsrunningSymbianOS,PalmOS,LinuxandWindowsCE ARM922T:Dual8kcachesforapplicationsrunningSymbianOS,PalmOS,LinuxandWindowsCE ARM940T:Dual4kcachesforembeddedcontrolapplicationsrunningaRTOSARM9系列结构功能特性的比较ARM920Trev1 ARM922Trev1ARM940Trev2开放平台处理核心开放平台处理核心嵌入式RTOS核心 MMU Dual8KBcache EmbeddedICE-RT ARMV4T ARM9core Thumbinstructionset ASBinterface MMU Dual8KBcache EmbeddedICE-RT ARMV4T ARM9core Thumbinstructionset AHBinterface 保護單元 Dual4KBcache EmbeddedICE-RT ARMV4T ARM9core Thumbinstructionset ASBinterfaceARM9E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。ARM9E系列结构ARM9E系列结构功能特性的比较ARM966E-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 TCMInterface EmbeddedICE-RT ETM9Interface ARMv5TE ARM9Ecore Thumbinstructionset AHBinterface 保護單元 靈活的cache EmbeddedICE-RT DSP擴充 ETM9Interface ARMv5TE ARM9Ecore Thumbinstructionset AHBinterface MMU 靈活的cache TCMInterface EmbeddedICE-RT ETM9Interface DSP擴充 Jazelle擴充 ARMv5TEJ ARM9core Thumbinstructionset 雙ASBinterfaceARM10E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。 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???!ARM10E系列结构 ARM10EThumb®Family400-700MIPSLow-PowerSystem-on-ChipProcessorSolutions:ARM11E系列系列结构 PowerfulARMv6instructionsetarchitecture Lowpowerconsumption<0.4mW/MHz(0.13µm,1V)includingcachecontrollers Highperformanceintegerprocessor8-stageintegerpipelinedelivershighclockfrequency HighperformancememorysystemdesignSupports4-64kcachesizesARMv6memorysystemarchitectureacceleratesOScontext-switch Vectoredinterruptinterface OptionalVectorFloatingPointcoprocessor(ARM1136JF-S)forautomotive/industrialcontrolsand3DgraphicsaccelerationARM11E系列结构 ARM1136J-SandARM1136JF-SStrongARM微处理器系列 IntelStrongARMSA-1100处理器是采用ARM架构高度整合的32位RISC微处理器。 它融合了Intel公司的设计和处理技术以及ARM架构的电源效率，采用在软件上兼容ARMv4架构、同时采用具有Intel技术优点的架构。 IntelStrongARM处理器是携带型通讯产品和消费类电子产品的理想选择，已成功应用于多家公司的掌上计算机系列产品。 iPAQH3600PackPC HPJornadaHandheldPC PlamtopXscale處理器 Xscale处理器是基于ARMv5TE架构的解决，是一款全性能、高成本效益比、低功耗的处理器。 它支持16位的Thumb指令和DSP指令集，已使用在数字行动电话、个人数字助理和网络产品等场合。 Xscale处理器是Intel目前主要推广的一款ARM微处理器。选择ARM微处理器的 1)ARM微处理器核心的选择 如果希望使用WinCE或标准Linux等操作系统以减少软件开发时间，就需要选择ARM720T以上带有MMU（MemoryManagementUnit）功能的ARM芯片。 ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、Strong-ARM都带有MMU功能。 而ARM7TDMI则没有MMU，不支持WindowsCE和标准Linux，但目前有uCLinux等不需要MMU支持的操作系统可执行于ARM7TDMI硬件平台之上。 2)系统的工作频率 系统的工作频率在很大程度上决定了ARM微处理器的处理能力。 ARM7系列微处理器的典型处理速度为0.9MIPS/MHz，常见的ARM7芯片系统主时钟为20MHz-133MHz。 ARM9系列微处理器的典型处理速度为1.1MIPS/MHz，常见的ARM9的系统主频率频率为100MHz-233MHz，ARM10最高可以达到700MHz。选择ARM微处理器的准则 3)芯片内部存储器的容量 大多数的ARM微处理器芯片内部存储器的容量都不太大。 如ATMEL的AT91F40162就具有高达2MB的芯片内部程序存储空间。 4)芯片内部外围电路的选择 我们称之为芯片内部外围电路，如USB接口、IIS接口、LCD控制器、键盘接口、RTC、ADC和DAC、DSP协处理器等，设计者应分析系统的需求，尽可能采用芯片内部外围电路完成所需的功能，这样既可简化系统的设计，同时提高系统的可靠性。选择ARM微处理器的准则 ARMCoreARM7Family      ARM720T      ARM7EJ-S      ARM7DI      ARM7TDMI      ARM7TDMI-SARM9Family      ARM920T      ARM922T      ARM940TARM9EFamily      ARM926EJ-S      ARM946E      ARM946E-S      ARM966E-S ARM10Family      ARM1020E      ARM1022E      ARM1026EJ-SARM11Family      ARM11FamilyASIC      ASICOtherCores      SC100/SC200Processors      StrongARMMicroprocessor      XScaleMicroarchitectureARM处理器的选择准则-操作系统CoresforFully-FeaturedOperatingSystemsARM处理器的选择准则-实时操作系统CoresforReal-TimeEmbeddedOperatingSystemsARM处理器的选择准则-效能ARM处理器核心的分类与扩充标准ARM720Trev4ARM922Trev1ARM920Trev1ARM926E-Jrev0ARM1020Erev1 用于开放平台的核心： MMU 8KBCache EmbeddedICE-RT ETM7interface ARMv4T ARM7core Thumbinstructionset AHBInterface MMU 雙8KBCache EmbeddedICE-RT ETM9interface ARMv4T ARM9core Thumbinstructionset AHBInterface MMU 雙8KBCache EmbeddedICE-RT ETM9interface ARMv4T ARM9core Thumbinstructionset ASBInterface MMU 靈活的cache TCMInterface EmbeddedICE-RT ETM9interface DSP擴充 Jazellel擴充 ARMv5TEJ ARM9Ecore Thumbinstructionset 雙AHBInterface MMU 雙32KBCache EmbeddedICE-RT ETM10interface DSP擴充 ARMv5TE ARM10Ecore Thumbinstructionset 雙64-bitAHBARM处理器核心的分类与扩充标准用于实时嵌入式操作系统核心：ARM7TDMIrev4ARM7TDMI-Srev4ARM7EJrev1TEJARM966E-Srev2ARM940Trev2ARM946E-Srev1 EmbeddedICE-RT ETM7interface ARMv4T ARM7core Thumbinstructionset EmbeddedICE-RT ETM7interface ARMv4T ARM7core Thumbinstructionset EmbeddedICE-RT ETM9interface DSPextensions Jazellel ARMv5TEJ Thumbinstructionset 保護單元 Dual4KBcache EmbeddedICE-RT ARMv4T ARM9core Thumbinstructionset ASBinterface TCMInterface EmbeddedICE-RT ETM9Interface ARMv5TE ARM9Ecore Thumbinstructionset AHBinterface 保護單元 靈活的cache EmbeddedICE-RT DSP擴充 ETM9Interface ARMv5TE ARM9Ecore Thumbinstructionset AHBinterface