ARM9處理器與ARM7處理器比較.

1、ARM9 處理器與 ARM 亂理器比較摘要：ARMi 理器是世界上最流行的嵌入式處理器，廣泛應(yīng)用于個(gè)人 通信等嵌入式領(lǐng)域。ARM 處理器雖然功能強(qiáng)大，但是目前已經(jīng)開(kāi)始退出主流應(yīng) 用領(lǐng)域，代替它的是性能更加強(qiáng)大的 ARM9K 列處理器。介紹了 ARM9 處理器與 ARM 處理器的不同之處，并且給出了 ARM9 勺應(yīng)用實(shí)例。關(guān)鍵詞：ARM9 ARM 流水線指令周期ARM9K 列處理器是英國(guó) ARM 公司設(shè)計(jì)的主流嵌入式處理器，主要包括ARM9TDM 和 ARM9E-等系列。本文主要介紹它們與 ARM7TDMI 結(jié)構(gòu)以及性能 比較。以手機(jī)應(yīng)用為例，2G 手機(jī)只需提供語(yǔ)音及簡(jiǎn)單的文字短信功能，而目前的

2、2. 5G 和未來(lái)的 3G 手機(jī)除了提供這兩項(xiàng)功能外，還必須提供各種其他的應(yīng)用功 能。主要包括： （1） 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：手機(jī)上網(wǎng)、電子郵件及其他定位服務(wù)等功 能；（2）PDA 功能：含有用戶操作系統(tǒng)（Windows CE、Symbian OS Linux 等）及 其他功能；（3）高性能功能：音頻播放器、視頻電話、手機(jī)游戲等。在2. 5G 和3G 的應(yīng)用中 ARM 已經(jīng)全面替代了 ARM7 因?yàn)?ARM 啲新特性能夠滿足各種新需 求的同時(shí)減少產(chǎn)品研發(fā)時(shí)間并降低研發(fā)費(fèi)用。新一代的 ARM 處理器，通過(guò)全新的設(shè)計(jì)，采用了更多的晶體管，能夠達(dá)到 兩倍以上于 ARM7 處理器的處理能力。這種處理能力的提

3、高是通過(guò)增加時(shí)鐘頻率 和減少指令執(zhí)行周期實(shí)現(xiàn)的。1 時(shí)鐘頻率的提高ARM 處理器采用 3 級(jí)流水線，而 ARM 猱用 5 級(jí)流水線，如圖 1、2、3 所 示。增加的流水線設(shè)計(jì)提高了時(shí)鐘頻率和并行處理能力。 5 級(jí)流水線能夠?qū)⒚?一個(gè)指令處理分配到 5 個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，在每一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)有 5 個(gè)指令在 執(zhí)行。在同樣的加工工藝下，ARM9TDME 理器的時(shí)鐘頻率是 ARM7TDM 的 1. 82. 2 倍。圖 1、圖 2 和圖 32 指令周期的改進(jìn)指令周期的改進(jìn)對(duì)于處理器性能的提高有很大的幫助。性能提高的幅度依 賴于代碼執(zhí)行時(shí)指令的重疊，這實(shí)際上是程序本身的問(wèn)題。對(duì)于采用最高級(jí)的 語(yǔ)言，一般來(lái)

4、說(shuō)，性能的提高在 30左右。2. 1 loads 指令矛 n stores 指令指令周期數(shù)的改進(jìn)最明顯的是 loads 指令和 stores 指令。從 ARM 到 ARM9 這兩條指令的執(zhí)行時(shí)間減少了 30%。指令周期的減少是由于 ARM 和 ARM 兩種 處理器內(nèi)的兩個(gè)基本的微處理結(jié)構(gòu)不同所造成的。(1)ARM9有獨(dú)立的指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口， 允許處理器同時(shí)進(jìn)行取指和讀 寫數(shù)據(jù)。這叫作改進(jìn)型哈佛結(jié)構(gòu)。而 ARM；只有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口，它同時(shí)用來(lái)取 指令和數(shù)據(jù)訪問(wèn)。(2)5 級(jí)流水線引入了獨(dú)立的存儲(chǔ)器和寫回流水線，分別用來(lái)訪問(wèn)存儲(chǔ)器和 將結(jié)果寫回寄存器。以上兩點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)周期完成 loads 指

5、令和 stores 指令22 互鎖 (interlocks) 技術(shù)當(dāng)指令需要的數(shù)據(jù)因?yàn)橐郧暗闹噶顩](méi)有執(zhí)行完而沒(méi)有準(zhǔn)備好就會(huì)產(chǎn)生管道 互鎖。當(dāng)管道互鎖發(fā)生時(shí)，硬件會(huì)停止這個(gè)指令的執(zhí)行，直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好為 止。雖然這種技術(shù)會(huì)增加代碼執(zhí)行時(shí)間，但是為初期的設(shè)計(jì)者提供了巨大的方 便。編譯器以及匯編程序員可以通過(guò)重新設(shè)計(jì)代碼的順序或者其他方法來(lái)減少 管道互鎖的數(shù)量。2 3 分枝指令A(yù)RM 爭(zhēng)口 ARM7 勺分枝指令周期是相同的。而且 ARM9TDM 和 ARM9E-S 并沒(méi)有 對(duì)分枝指令進(jìn)行預(yù)測(cè)處理。3 ARM9 結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)以 ARM9E-S 為例介紹 ARM 處理器的主要結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。ARM9E-S 勺

6、結(jié)構(gòu)如 圖4 所示。其主要特點(diǎn)如下：(1)32bit 定點(diǎn) RISC 處理器，改進(jìn)型 ARM7Thumb 弋碼交織，增強(qiáng)性乘法器 設(shè)計(jì)。支持實(shí)時(shí) (real-time) 調(diào)試；(2)片內(nèi)指令和數(shù)據(jù) SRAM 而且指令和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器容量可調(diào);片內(nèi)指令和數(shù)據(jù)高速緩沖器(cache)容量從 4K 字節(jié)到 1M 字節(jié);(4) 設(shè)置保護(hù)單元 (protcction unit) ，非常適合嵌入式應(yīng)用中對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn) 行分段和保護(hù);采用 AMBA AH 總線接口，為外設(shè)提供統(tǒng)一的地址和數(shù)據(jù)總線;(6) 支持外部協(xié)處理器，指令和數(shù)據(jù)總線有簡(jiǎn)單的握手信令支持;(7) 支持標(biāo)準(zhǔn)基本邏輯單元掃描測(cè)試方法學(xué)，而且支持 B

7、IST(built-in- self-test) ;(8) 支持嵌入式跟蹤宏單元，支持實(shí)時(shí)跟蹤指令和數(shù)據(jù)。圖 54 ARM9 的典型應(yīng)用TI 公司的 OMAP73 是最新的無(wú)線通信基帶信號(hào)處理器。該處理器是TI 的GPRS Class 12 通信模塊與專用于應(yīng)用處理的 ARM92 通用處理器(GPP)的集 成。由于 GPP 的速度可達(dá) 200MHz 因此 OMAP73 具有兩倍于上一代 OMAP71 處 理器的應(yīng)用處理性能。如同所有的 OMA 處理器一樣，OMAP73 可支持領(lǐng)先的移 動(dòng)操作系統(tǒng)，其中包括 Microsoft 的智能電話與 Pocket PC PhoneEdition 、Svmbian OS 與 Series 60、Palm OS 以及 Linux。Tl OMAP730 結(jié)構(gòu)如圖 5 所示。其中 ARM926TE 處理器的主要特性包括：最高頻率 200MHz (2)16KB 指令高速緩存，8KB 數(shù)據(jù)高速緩存；(3)硬件 JAVA 加速；(4)擴(kuò)展多媒體指令集結(jié)構(gòu)。ARM 微處理器是一種高性能、低功耗的 32 位微處器，它被廣泛應(yīng)用于嵌入 式系