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典型ARM体系结构介绍(转)

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amazelove|  楼主 | 2009-3-20 19:39 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
迄今为止,ARM体系结构共定义了6个版本,版本号分别为1—6。同时,各版本中还有一些变种,这里将某些特定功能称为ARM体系的某种变种(variant),例如支持Thumb指令集,称为T变种。长乘法指令(M变种),ARM媒体功能扩展(SIMD)变种,支持JAVA的J变种,和增强功能的E变种。
    ARM处理器核当前有6 个系列产品ARM7,,ARM9, ARM9E, ARM10E,SecurCore以及最新的ARM11 系列。以及Intel XScale 微体系结构和StrongARM 产品各系列产品性能见下表
    ARM7性能特征
           Cache大小  存储器管理单元  紧密耦合存储器  Jazelle  Thumb   DSP   AHB接口

ARM7TDMI     无          无              无            无       有     无     有

ARM7TDMI-S   无          无              无            无       有     无     有

ARM7EJ-S     无          无              无            有       有     有     有

ARM720T      8K          MMU             无            无       有     无     有

    ARM7采用ARMV4T(Newman)结构,分为三级流水,空间统一的指令与数据Cache,平均功耗为0.6mW/MHz,时钟速度为66MHz,每条指令平均执行1.9个时钟周期。其中的ARM710,ARM720和ARM740为内带Cache的ARM核。具有如下特点:
    -具有嵌入式ICE-RT逻辑,调试开发方便。
    -极低的功耗,适合对功耗要求较高的应用,如便携式产品。
    -能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构。
    -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Windows CE、Linux、Palm OS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。

    -主频最高可达130MIPS,高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用。

    ARM7系列微处理器的主要应用领域为:工业控制、Internet设备、网络和调制解调器设备、移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,支持片上断点和调试点;
    从ARM公司提供的ARM7 Data Sheet可以看出,ARM7属于结构比较简单的32位RISC体系结构,与一般的、采用五级流水线的32位RISC结构相比,简化了流水线的设计。这一方面限制了ARM7芯片性能的提升,另一方面使得ARM7的结构更加简单,不必考虑在多级流水线中需要解决的冲突、中断现场恢复等等复杂棘手的问题,有利于简化设计、提高设计的正确性、有效性。
    由于指令长度、格式的限制,在ARM7的一般指令中,只能够访问4位的寄存器空间,这和其他32位RISC体系结构中能够访问到5位、6位的寄存器空间又不同。ARM7通过特殊的模式转换方式,使得用户可以访问到其它的15个通用寄存器。

    ARM7所有的指令都是条件执行的。这在目前主流的32位RISC体系结构中并不多见。通过在指令中设置条件域,可以使得编译器有条件完成指令的条件执行功能,优化编译效果。另外,由于条件域的引入,使得在设计流水线的时候,必须考虑译码后的指令是否可以执行。
    ARM7中的所有指令,除了访存指令之外,都是基于寄存器进行操作的,这是典型的RISC设计思路。

    注:arm体系结构的版本及命名方法
    arm体系结构共定义了6个版本,版本号分别为1~6。
    arm体系的变种:将某些特定功能称为arm体系的某种变种(variant)
    #T变种:(Thumb指令集)表示Thumb,该内核可从16位指令集扩充到32位ARM指令集。
    #D:表示Debug,该内核中放置了用于调试的结构,通常它为一个边界扫描链JTAG,可使CPU进入调试模式,从而可方便地进行断点设置、单步调试。
    #M变种:(长乘法指令)表示Multiplier,是8位乘法器。
    #I:表示EmbeddedICE Logic,用于实现断点观测及变量观测的逻辑电路部分,其中的TAP控制器可接入到边界扫描链。
    #E变种:(增强型指令)DSP指令支持。
    #J变种:(Java加速器Jazelle)JAVA指令支持。
    #SIMD:变种(arm媒体功能扩展)单指令流多数据流(SIMD)能力使得软件更有效地完成高性能的媒体应用像声音和图像编码器。

    arm/thumb体系版本的字符串是由下面几部分组成的:
    #字符串ARMV
    #arm指令集版本号,1~6
    #ARM指令集版本号后为表示所含变种的字符。由于在ARM体系版本4以后,M变种成为系统的标准功能,字符M通常不需要列出来。
    #最后使用的字符x表示排除某种写功能。比如,在早期的一些E变种中,未包含双字读取指令LDRD、双字写入指令STRD、协处理器的寄存器传输指令MCRR/MRRC以及cache预取指令PLD。这种E变种记作ExP,其中x表示缺少,P代表上述的几种指令。如ARMv3M,ARMv5xM,ARMv6等

    eg:ARMv5xM--->ARMv+4+x+M
    ARM9 性能特征
            Cache大小    存储器管理单元   紧密耦合存储器    Jazelle   Thumb  DSP  AHB接口

ARM920T      16K/16K      MMU                无               无       有     无    有


ARM922T      8K/8K        MMU                无               无       有     无    有


ARM940T      4K/4K        MMU                无               无       有     无    有
    ARM9采用ARMV4T(Harvard)结构,五级流水处理以及分离的Cache结构,平均功耗为0.7mW/MHz。时钟速度为120MHz-200MHz,每条指令平均执行1.5个时钟周期。与ARM7系列相似,其中的ARM920、ARM940和ARM9E为含Cache的CPU核。性能为132MIPS(120MHz时钟,3.3V供)或220MIPS(200MHz时钟)。

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沙发
xwj| | 2009-3-20 20:15 | 只看该作者

这篇还算有点内容,可惜不全

误人子弟

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板凳
lelee007| | 2009-3-24 01:34 | 只看该作者

呵呵

到处都有老X的痕迹!

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地板
reeper| | 2009-4-3 10:14 | 只看该作者

被挂上“误人子弟”的名号可不好吧

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