第二章ARM技術(shù)概述

第二章ARM技術(shù)概述本章將對ARM技術(shù)進(jìn)展全面論述，經(jīng)過本章的學(xué)習(xí)，使大家對ARM技術(shù)有個(gè)全面的了解和掌握，建立起以ARM技術(shù)為根底的嵌入式系統(tǒng)運(yùn)用和以ARM核為根底的嵌入式SoC芯片設(shè)計(jì)的技術(shù)根底。本章的主要內(nèi)容為：2.1ARM體系構(gòu)造的開展歷史和技術(shù)特征2.3Thumb技術(shù)引見2.2ARM體系構(gòu)造不同版本的開展概述2.4ARM處置器任務(wù)形狀2.5ARM處置器任務(wù)方式2.6ARM存放器組成2.7ARM異常中斷本章的主要內(nèi)容為：2.8ARM組織構(gòu)造簡介2.9ARM存儲器接口及存儲器層次2.10ARM協(xié)處置器2.11ARM片上總線AMBA2.12ARM的調(diào)試構(gòu)造2.13ARM核綜述2.14基于ARM核的芯片選擇2.1ARM體系構(gòu)造的開展歷史和技術(shù)特征2.1.1ARM開展的歷程 2.1.2ARM體系構(gòu)造的技術(shù)特征2.1.1ARM開展的歷程最近10多年來ARM技術(shù)的突出成果表如今：運(yùn)用“Thumb〞的新型緊縮指令格式，使得運(yùn)用系統(tǒng)開發(fā)可降低系統(tǒng)本錢和功耗；ARM9、ARM10、Strong-ARM和ARM11等系列處置器的開發(fā)，顯著地提高了ARM的性能，使得ARM技術(shù)在面向高端數(shù)字音、視頻處置等多媒體產(chǎn)品的運(yùn)用中更加廣泛；更好的軟件開發(fā)和調(diào)試環(huán)境，加快用戶產(chǎn)品開發(fā)；更為廣泛的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟使得基于ARM的嵌入式運(yùn)用領(lǐng)域更加寬廣；嵌入在復(fù)雜SoC中、基于ARM核的調(diào)試系統(tǒng)代表著當(dāng)今片上調(diào)試技術(shù)的前沿。ARM開展的歷程第一片ARM處置器是1983年10月到1985年4月間在位于英國劍橋的AcornComputer公司開發(fā)。1990年，為廣泛推行ARM技術(shù)而成立了獨(dú)立的公司。20世紀(jì)90年代，ARM快速進(jìn)入世界市場。ARM開展的歷程在ARM的開展歷程中，從ARM7開場，ARM核被普遍認(rèn)可和廣泛運(yùn)用。1995年StrongARM問世。XScale是下一代StrongARM芯片的開展根底。ARM10TDMI是ARM處置器核中的高端產(chǎn)品。ARM11是ARM家族中性能最強(qiáng)的一個(gè)系列。ARMCortex處置器系列是目前ARM最高端的處置器系列。ARM開展的歷程ARM技術(shù)還將不斷開展。在嵌入式領(lǐng)域，ARM已獲得了極大的勝利，培育了IP核商業(yè)化、市場化的神話，迄今為止，還沒有任何商業(yè)化的IP核買賣和運(yùn)用到達(dá)ARM的規(guī)模。目前ARM的協(xié)作同伴包括了世界最頂級的芯片消費(fèi)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)公司，以超越200家〔包括排名最前的20家，如Intel、IBM、SONY、NEC等〕半導(dǎo)體公司稱為ARM的合伙人。ARM系列芯片曾經(jīng)被廣泛的運(yùn)用于手機(jī)、PDA、機(jī)頂盒、路由器以及各種各樣的嵌入式運(yùn)用領(lǐng)域，成為世界上銷量最大的32位微處置器。2.1.2ARM體系構(gòu)造的技術(shù)特征ARM的體系構(gòu)造采用了假設(shè)干BerkeleyRISC處置器設(shè)計(jì)中的特征Load/store體系構(gòu)造固定的32位指令3地址指令格式也放棄了其它假設(shè)干BerkeleyRISC特征存放器窗口延遲轉(zhuǎn)移一切的指令單周期執(zhí)行2.2ARM體系構(gòu)造不同版本的開展概述2.2.1ARM體系構(gòu)造的根本版本 2.2.2ARM體系構(gòu)造的演化 2.2.3ARM體系構(gòu)造的命名規(guī)那么2.2.1ARM體系構(gòu)造的根本版本版本1，本版本包括以下指令：乘法指令之外的根本數(shù)據(jù)處置指令；基于字節(jié)，字和多字的存儲器訪問操作指令〔Load/Store〕；子程序調(diào)用指令BL在內(nèi)的跳轉(zhuǎn)指令；完成系統(tǒng)調(diào)用的軟件中斷指令SWI。ARM體系構(gòu)造的根本版本版本2，與版本1相比版本2〔2a〕添加了以下指令：乘和乘加指令；支持協(xié)處置器的指令；對于FIQ方式，提供了額外的影子存放器；SWP指令及SWPB指令。ARM體系構(gòu)造的根本版本版本3較以前的版本發(fā)生了大的變化地址空間擴(kuò)展到了32位，但除了版本3G外的其他版本是向前兼容的，也支持26位的地址空間；分開的當(dāng)前程序形狀存放器CPSR〔CurrentProgramStatusRegister〕和備份的程序形狀存放器SPSR〔SavedProgramStatusRegister〕，SPSR用于在程序異常中斷時(shí)保管被中斷的程序形狀；添加了兩種異常方式，使操作系統(tǒng)代碼可以方便地運(yùn)用數(shù)據(jù)訪問中止異常、指令預(yù)取中止異常和未定義指令異常；添加了MRS指令和MSR指令用于完成對CPSR和SPSR存放器的讀寫。修正了原來的從異常中前往的指令。ARM體系構(gòu)造的根本版本版本4。與版本3相比，版本4添加了以下指令有符號、無符號的半字和有符號字節(jié)的load和store指令。添加了T變種，處置器可以任務(wù)于Thumb形狀，在該形狀下的指令集是16位的Thumb指令集。添加了處置器的特權(quán)方式。在該方式下，運(yùn)用的是用戶方式下的存放器。ARM體系構(gòu)造的根本版本版本5主要由兩個(gè)變型版本5T、5TE組成相比與版本4，版本5的指令集有了如下的變化：提高了T變種中ARM/Thumb混合運(yùn)用的效率。添加前導(dǎo)零記數(shù)〔CLZ〕指令，該指令可使整數(shù)除法和中斷優(yōu)先級排隊(duì)操作更為有效；添加了BKPT〔軟件斷點(diǎn)〕指令；為協(xié)處置器設(shè)計(jì)提供了更多的可供選擇的指令；更加嚴(yán)厲地定義了乘法指令對條件碼標(biāo)志位的影響。ARM體系構(gòu)造的根本版本ARM體系版本6是2001年發(fā)布的。新架構(gòu)v6在降低耗電量的同時(shí)還強(qiáng)化了圖形處置性能。經(jīng)過追加有效進(jìn)展多媒體處置的SIMD功能，將語音及圖像的處置功能提高到了原機(jī)型的4倍。ARM體系版本6首先在2002年春季發(fā)布的ARM11處置器中運(yùn)用。除此之外，v6還支持多微處置器內(nèi)核。ARM體系構(gòu)造的根本版本ARM體系構(gòu)造總結(jié)核體系構(gòu)造ARM1V1ARM2V2ARM2aS，ARM3V2aARM6，ARM600，ARM610V3ARM7，ARM700，ARM710V3ARM7TDMI，ARM710T，ARM720TARM740TV4TStrongARM，ARM8，ARM810V4ARM9TDMI，ARM920T，ARM940TV4TARM9E-SV5TEARM10TDMI，ARM1020EV5TEARM11，ARM1156T2-S，ARM1156T2F-S，ARM1176JZ-S，ARM11JZF-SV6ARM體系構(gòu)造的根本版本v7版本版本7是目前為止ARM處置體系構(gòu)造的最高版本，改架構(gòu)定義了三大系列：“A〞系列面向尖端的基于虛擬內(nèi)存的操作系統(tǒng)和用戶運(yùn)用；“R〞系列針對實(shí)時(shí)系統(tǒng)；“M〞系列對微控制器和低本錢運(yùn)用提供優(yōu)化。新的ARMCortex處置器系列就是基于v7的架構(gòu)。2.2.2ARM體系構(gòu)造的演化1〕Thumb指令集〔T變種〕Thumb指令集是把32位的ARM指令集的一個(gè)子集重新編碼后而構(gòu)成的一個(gè)特殊的16位的指令集2〕長乘指令〔M變種〕長乘指令是一種生成64位相乘結(jié)果的乘法指令〔此指令為ARM指令〕，M變種添加了兩條長乘指令A(yù)RM體系構(gòu)造的演化3〕加強(qiáng)型DSP指令〔E變種〕E變種的ARM體系添加了一些加強(qiáng)處置器對典型的DSP算法處置才干的附加指令。4〕Java加速器Jazelle〔J變種〕ARM的Jazelle技術(shù)是Java言語和先進(jìn)的32位RISC芯片完美結(jié)合的產(chǎn)物。5〕ARM媒體功能擴(kuò)展〔SIMD變種〕2.2.3ARM體系構(gòu)造的命名規(guī)那么表示ARM/Thumb體系版本的命名格式的ARM/Thumb體系版本由下面幾部分組成的：根本字符串ARMv。根本字符串后為ARM指令集版本號，目前是1-6的數(shù)字字符。ARM指令集版本號后為表示所含變種的字符。由于在ARM體系版本4以后，M變種成為系統(tǒng)的規(guī)范部件，所以字符M通常也不單獨(dú)列出來。最后運(yùn)用的字符x表示排除某種功能。2.3Thumb技術(shù)引見ARM的RISC體系構(gòu)造的開展中曾經(jīng)提供了低功耗、小體積、高性能的方案。而為理處理代碼長度的問題，ARM體系構(gòu)造又添加了Ｔ變種，開發(fā)了一種新的指令體系，這就是Thumb指令集，它是ARM技術(shù)的一大特征。2.3.1Thumb的技術(shù)概述 2.3.2Thumb的技術(shù)實(shí)現(xiàn) 2.3.3Thumb技術(shù)的特點(diǎn)2.3.1Thumb的技術(shù)概述Thumb是ARM體系構(gòu)造的擴(kuò)展。它有從規(guī)范32位ARM指令集抽出來的36條指令格式，可以重新編成16位的操作碼。這能帶來很高的代碼密度ARM7TDMI是第一個(gè)支持Thumb的核，支持Thumb的核僅僅是ARM體系構(gòu)造的一種開展的擴(kuò)展，所以編譯器既可以編譯Thumb代碼，又可以編譯ARM代碼支持Thumb的ARM體系構(gòu)造的處置器形狀可以方便的切換、運(yùn)轉(zhuǎn)到Thumb形狀，在該形狀下指令集是16位的Thumb指令集。2.3.2Thumb技術(shù)的特點(diǎn)在性能和代碼大小之間獲得平衡，在需求較低的存儲代碼時(shí)采用Thumb指令系統(tǒng)，但有比純粹的16位系統(tǒng)有較高的實(shí)現(xiàn)性能，由于實(shí)踐執(zhí)行的是32位指令，用Thumb指令編寫最小代碼量的程序，卻獲得以ARM代碼執(zhí)行的最好性能Thumb技術(shù)的特點(diǎn)與ARM指令集相比．Thumb指令集具有以下局限完成一樣的操作，Thumb指令通常需求更多的指令，因此在對系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間要求苛刻的運(yùn)用場所ARM指令集更為適宜；Thumb指令集沒有包含進(jìn)展異常處置時(shí)需求的一些指令，因此在異常中斷時(shí)，還是需求運(yùn)用ARM指令，這種限制決議了Thumb指令需求和ARM指令配合運(yùn)用。2.4ARM處置器任務(wù)形狀A(yù)RM處置器核可以任務(wù)在以下2種形狀1〕ARM形狀32位，ARM形狀下執(zhí)行字對準(zhǔn)的32位ARM指令；2〕Thumb形狀16位，Thumb形狀下執(zhí)行半字對準(zhǔn)的16位Thumb指令。在Thumb形狀下，程序計(jì)數(shù)器PC運(yùn)用位1選擇另一個(gè)半字。ARM處置器任務(wù)形狀在程序執(zhí)行的過程中，處置器可以在兩種形狀下切換。ARM和Thumb之間形狀的切換不影響處置器的方式或存放器的內(nèi)容。ARM指令集和Thumb指令集都有相應(yīng)的形狀切換命令。ARM處置器在開場執(zhí)行代碼時(shí)，只能處于ARM形狀。ARM處置器任務(wù)形狀A(yù)RM處置器在兩種任務(wù)形狀之間切換方法：進(jìn)入Thumb形狀：當(dāng)操作數(shù)存放器Rm的形狀位bit［0］為1時(shí)，執(zhí)行BXRm指令進(jìn)入Thumb形狀。假設(shè)處置器在Thumb形狀進(jìn)入異常，那么當(dāng)異常處置〔IRQ，F(xiàn)IQ，Undef，Abort和SWI〕前往時(shí)，自動切換到Thumb形狀。進(jìn)入ARM形狀：當(dāng)操作數(shù)存放器Rm的形狀位bit［0］為0時(shí)，執(zhí)行BXRm指令進(jìn)入ARM形狀。假設(shè)處置器進(jìn)展異常處置〔IRQ，F(xiàn)IQ，Undef，Abort和SWI〕，在此情況下，把PC放入異常方式鏈接存放器LR中，從異常向量地址開場執(zhí)行也可以進(jìn)入ARM形狀。2.5ARM處置器任務(wù)方式CPSR〔當(dāng)前程序形狀存放器〕的低5位用于定義當(dāng)前操作方式,如圖示：ARM處置器任務(wù)方式除用戶方式外的其他6種方式稱為特權(quán)方式。特權(quán)方式中除系統(tǒng)方式以外的5種方式又稱為異常方式，即：FIQ〔FastInterruptRequest〕IRQ〔InterruptReQuest〕SVC〔Supervisor〕中止〔Abort〕未定義〔Undefined〕2.6ARM存放器組成2.6.1ARM存放器組成概述 2.6.2ARM形狀下的存放器組織 2.6.3Thumb形狀下的存放器組織2.6.1ARM存放器組成概述ARM處置器總共有37個(gè)存放器，可以分為以下兩類存放器：1〕31個(gè)通用存放器：R0～R15；R13_svc、R14_svc；R13_abt、R14_abt；R13_und、R14_und；R13_irq、R14_irq；R8_frq-R14_frq。2〕6個(gè)形狀存放器CPSR；SPSR_svc、SPSR_abt、SPSR_und、SPSR_irq和SPSR_fiq。2.6.2ARM形狀下的存放器組織1〕ARM形狀的存放器簡介：ARM形狀下的存放器組織：ARM形狀下的存放器組織2)ARM形狀的通用存放器不分組存放器〔Theunbankedregisters〕 R0~R7分組存放器〔Thebankedregisters〕： R8~R14程序計(jì)數(shù)器：R15〔PC〕ARM形狀下的存放器組織不分組存放器R0~R7R0~R7是不分組存放器。這意味著在一切處置器方式下，它們每一個(gè)都訪問的是同一個(gè)物理存放器。它們是真正并且在每種形狀下都一致的通用存放器。未分組存放器沒有被系統(tǒng)用于特別的用途，任何可采用通用存放器的運(yùn)用場所都可以運(yùn)用未分組存放器，但必需留意對同一存放器在不同方式下運(yùn)用時(shí)的數(shù)據(jù)維護(hù)。ARM形狀下的存放器組織分組存放器R8-R14：分組存放器R8-R12：FIQ方式分組存放器R8~R12。FIQ以外的分組存放器R8~R12。分組存放器R13、R14存放器R13通常用做堆棧指針SP。存放器R14用作子程序鏈接存放器〔LinkRegister－LR〕，也稱為LR。ARM形狀下的存放器組織程序計(jì)數(shù)器R15：存放器R15被用作程序計(jì)數(shù)器，也稱為PC。R15值的改動將引起程序執(zhí)行順序的變化，這有能夠引起程序執(zhí)行中出現(xiàn)一些不可預(yù)料的結(jié)果。ARM處置器采用多級流水線技術(shù)，因此保管在R15的程序地址并不是當(dāng)前指令的地址。一些指令對于R15的用法有一些特殊的要求。ARM形狀下的存放器組織3)ARM程序形狀存放器一切處置器方式下都可以訪問當(dāng)前的程序形狀存放器CPSR。CPSR包含條件碼標(biāo)志、中斷制止位、當(dāng)前處置器方式以及其它形狀和控制信息。在每種異常方式下都有一個(gè)對應(yīng)的物理存放器——程序形狀保管存放器SPSR。當(dāng)異常出現(xiàn)時(shí)，SPSR用于保管CPSR的形狀，以便異常前往后恢復(fù)異常發(fā)生時(shí)的任務(wù)形狀。ARM形狀下的存放器組織CPSR和SPSR的格式2.6.3Thumb形狀下的存放器組織Thumb形狀下的存放器集是ARM形狀下存放器集的子集。程序員可以直接訪問8個(gè)通用的存放器〔R0~R7〕，程序計(jì)數(shù)器PC、堆棧指針SP、銜接存放器LR和當(dāng)前形狀存放器CPSP。每一種異常方式都各有一組SP，LR和SPSR。2.7ARM的異常中斷在ARM體系構(gòu)造中，異常中斷用來處置軟件中斷、未定義指令圈套〔它不是真正的“不測〞事件〕及系統(tǒng)復(fù)位功能〔它在邏輯上發(fā)生在程序執(zhí)行前而不是在程序執(zhí)行中，雖然處置器在運(yùn)轉(zhuǎn)中能夠再次復(fù)位〕和外部事件，這些“不正常〞事件都被劃歸“異常〞，由于在處置器的控制機(jī)制中，它們都運(yùn)用同樣的流程進(jìn)展異常處置。ARM的異常中斷ARM的異常中斷呼應(yīng)過程； 從異常中斷處置程序中前往 ；異常中斷向量表；異常中斷的優(yōu)先級；ARM的異常中斷呼應(yīng)過程ARM處置器對異常中斷的呼應(yīng)過程如下：將CPSR的內(nèi)容保管到將要執(zhí)行的異常中斷對應(yīng)的SPSR中。設(shè)置當(dāng)前形狀存放器CPSR中的相應(yīng)位將引起異常指令的下一條指令的地址保管到新的異常任務(wù)方式的R14。給程序計(jì)數(shù)器〔PC〕強(qiáng)迫賦值。ARM的異常中斷呼應(yīng)過程每個(gè)異常方式對應(yīng)有兩個(gè)存放器R13_<mode>、R14_<mode>分別保管相應(yīng)方式下的堆棧指針、前往地址；堆棧指針可用來定義一個(gè)存儲區(qū)域保管其它用戶存放器，這樣異常處置程序就可以運(yùn)用這些存放器。FIQ方式還有額外的公用存放器R8_fiq～R12_fiq，運(yùn)用這些存放器可以加快快速中斷的處置速度。從異常中斷處置程序中前往從異常中斷處置程序中前往時(shí)，需求執(zhí)行以下四個(gè)根本操作：一切修正正的用戶存放器必需從處置程序的維護(hù)堆棧中恢復(fù)〔即出?！场PSR_mode存放器內(nèi)容復(fù)制到CPSR中，使得CPSR從相應(yīng)的SPSR中恢復(fù)，即恢復(fù)被中斷的程序任務(wù)形狀。根據(jù)異常類型將PC變回到用戶指令流中相應(yīng)指令處。最后去除CPSR中的中斷制止標(biāo)志位I/F。異常中斷向量表中斷向量表中指定了各異常中斷與其處置程序的對應(yīng)關(guān)系。每個(gè)異常中斷對應(yīng)的中斷向量表的4個(gè)字節(jié)的空間中存放一個(gè)跳轉(zhuǎn)指令或者一個(gè)向PC存放器中賦值的數(shù)據(jù)訪問指令。存儲器的前8個(gè)字中除了地址0x00000014之外，全部被用作異常矢量地址。異常中斷的優(yōu)先級當(dāng)幾個(gè)異常中斷同時(shí)發(fā)生時(shí)，在ARM中經(jīng)過給各異常中斷賦予一定的優(yōu)先級來實(shí)現(xiàn)處置次序：復(fù)位〔最高優(yōu)先級〕；數(shù)據(jù)異常中止；FIQ；IRQ；預(yù)取指異常中止；SWI、未定義指令〔包括缺協(xié)處置器〕。2.8ARM典型流水線技術(shù)簡介2.8.1三級流水線ARM的組織 2.8.2五級流水線ARM的組織2.8.1三級流水線ARM的組織1〕ARM的3級流水線引見到ARM7為止的ARM處置器運(yùn)用的簡單3級流水線分別為：取指級；譯碼級；執(zhí)行級；三級流水線ARM的組織2〕ARM3級流水線下PC的行為在3級流水線的執(zhí)行過程中，當(dāng)經(jīng)過R15存放器直接訪問PC時(shí)，必需思索到此時(shí)流水線的執(zhí)行過程的真實(shí)情況三級流水線的PC行為2.8.2五級流水線ARM的組織運(yùn)用5級流水線的ARM處置器包含下面5個(gè)流水線級：取指譯碼執(zhí)行緩沖\數(shù)據(jù)回寫2.9ARM存儲器接口及存儲器層次多級存儲器使它包括一個(gè)容量小但速度快的從存儲器和一個(gè)容量大但速度慢的主存儲器，根據(jù)典型程序的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，這個(gè)存儲器系統(tǒng)的外部行為在絕大部分時(shí)間象一個(gè)即大又快的存儲器。這個(gè)容量小但速度快的元件是Cache，它自動地保管處置器經(jīng)常用到的指令和數(shù)據(jù)的拷貝。本節(jié)首先對ARM支持的存儲數(shù)據(jù)類型和處置器中數(shù)據(jù)存儲格式進(jìn)展引見，在此根底上引見了ARM存儲器的接口設(shè)計(jì)，主要包括存儲器接口、Cache、MMU和維護(hù)單元，建立起ARM處置器的整個(gè)存儲體系的概念和設(shè)計(jì)方法。ARM存儲器接口及存儲器層次2.9.1ARM存儲數(shù)據(jù)類型和存儲格式 2.9.2ARM的存儲器層次簡介 2.9.3ARM存儲系統(tǒng)簡介2.9.1ARM存儲數(shù)據(jù)類型和存儲格式ARM處置器支持以下6種數(shù)據(jù)類型：8位有符號和無符號字節(jié)。16位有符號和無符號半字，它們以兩字節(jié)的邊境定位。32位有符號和無符號字，它們以4字節(jié)的邊境定位。ARM存儲數(shù)據(jù)類型和存儲格式存儲器組織在以字節(jié)為單位尋址的存儲器中有“小端〞和“大端〞兩種方式存儲字，這兩種方式是根據(jù)最低有效字節(jié)與相鄰較高有效字節(jié)相比是存放在較低的還是較高的地址來劃分的，兩種存儲方式如下圖。2.9.2ARM的存儲器層次簡介存放器組片上RAM片上Cache主存儲器硬盤2.10ARM協(xié)處置器ARM經(jīng)過添加硬件協(xié)處置器來支持對其指令集的通用擴(kuò)展，經(jīng)過未定義指令圈套支持這些協(xié)處置器的軟件仿真。簡單的ARM核提供板級協(xié)處置器接口，因此協(xié)處置器可以作為一個(gè)獨(dú)立的元件接入。最常運(yùn)用的協(xié)處置器是用于控制片上功能的系統(tǒng)協(xié)處置器，例如控制ARM720上的高速緩存Cache和存儲器管理單元MMU等。ARM也開發(fā)了浮點(diǎn)協(xié)處置器，也可以支持其它的片上協(xié)處置器。ARM體系構(gòu)造支持經(jīng)過添加協(xié)處置器來擴(kuò)展指令集的機(jī)制。2.11ARM片上總線AMBA先進(jìn)的微控制器總線體系構(gòu)造AMBA是ARM公司公布的總線規(guī)范AHB〔AdvancedHigh-performanceBus〕：用于銜接高性能系統(tǒng)模塊。它支持突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸方式及單個(gè)數(shù)據(jù)傳輸方式，一切時(shí)序參考同一個(gè)時(shí)鐘沿。ASB〔AdvancedSystemBus〕：用于銜接高性能系統(tǒng)模塊，它支持突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸方式。APB〔AdvancePeripheralBus〕：是一個(gè)簡單接口支持低性能的外圍接口。2.12ARM的調(diào)試構(gòu)造嵌入式調(diào)試調(diào)試處置器核ARM調(diào)試硬件EmbeddedICE2.13ARM核綜述在高性能的32位嵌入式SoC設(shè)計(jì)中，幾乎都是以ARM作為處置器核。ARM核已是如今嵌入式SoC系統(tǒng)芯片的中心，也是現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)開展的方向。ARM處置器核作為根本處置單元，根據(jù)開展需求還集成了與處置器核親密相關(guān)的功能模塊，如Cache存儲器和存儲器管理MMU硬件，這些基于微處置器核并集成這些IP核的規(guī)范配置的ARM核都具有根本“CPU〞的配置，這些內(nèi)核稱為CPU核。ARM核綜述ARM處置器核當(dāng)前有6個(gè)系列產(chǎn)品：ARM7ARM9ARM9EARM10E,SecurCoreARM11Intel公司推出的：StrongARMXScaleARM核綜述2.13.1ARM7系列核引見 2.13.2ARM9系列核引見 2.13.3ARM10系列核 2.13.4StrongARM和XScale系列核 2.13.5SecurCore系列核2.13.1ARM7系列核引見ARM7TDMI是ARM公司最早為業(yè)界普遍認(rèn)可且得到了最為廣泛運(yùn)用的處置器核，特別是在手機(jī)和PDA中，隨著ARM技術(shù)的開展，它已是目前最低端的ARM核。ARM7：32位ARM體系構(gòu)造4T版本；T：“Thumb〞16位緊縮指令集；D：支持片上Debug〔調(diào)試〕，使處置器可以停頓以呼應(yīng)調(diào)試懇求；M：加強(qiáng)型Multiplier，與前代相比具有較高的性能且產(chǎn)生64位的結(jié)果；I：“EmbeddedICE〞硬件以支持片上斷點(diǎn)和察看點(diǎn)。ARM7系列核引見1〕ARM7TDMI組織結(jié)：ARM7TDMI重要的特性有實(shí)現(xiàn)ARM體系構(gòu)造版本4T，支持64位結(jié)果的乘法，半字、有符號字節(jié)存??；支持Thumb指令集，可降低系統(tǒng)開銷；32×8DSP乘法器；32位尋址空間-4GB線性地址空間；它包含了EmbeddedICE模塊以支持嵌入式系統(tǒng)調(diào)試；調(diào)試硬件由JTAG測試訪問端口訪問，因此JTAG控制邏輯被以為是處置器核的一部分。廣泛的ARM和第三方支持，并與ARM9Thumb系列ARM10Thumb系列和StrongARM處置器相兼容。ARM7系列核引見2〕ARM7TDMI硬件接口按接口信號的功能劃分為存儲器接口、MMU接口、片上調(diào)試、JTAG邊境掃描擴(kuò)展以及時(shí)鐘接口等十四類接口信號。各接口信號包括接口信號和接口控制信號ARM7TDMI核的外圍硬件接口信號圖ARM7系列核引見3〕綜合的ARM7TDMI-ARM7TDMI－SARM7TDMI－S是ARM7TDMI的一個(gè)可綜合的版本，它是以高級言語描畫的“軟〞IP核，可以根據(jù)用戶選擇的目的工藝的單元庫來進(jìn)展邏輯綜合和物理實(shí)現(xiàn)，它比“硬〞的IP核更易于轉(zhuǎn)移到新的工藝技術(shù)上實(shí)現(xiàn)。綜合出的整個(gè)核比“硬〞核大50％，電源效率降低50％。同時(shí)ARM7TDMI－S在綜合過程中存在支持關(guān)于處置器核功能的選項(xiàng)，這些選項(xiàng)會導(dǎo)致綜合出處置器核較小而且的功能有所下降。ARM7系列核引見4〕ARM7TDMI運(yùn)用ARM7TDMI處置器核在存儲器配置較簡單的系統(tǒng)中廣泛運(yùn)用，最為勝利的典型例子是手機(jī)、PDA，在此運(yùn)用中，ARM7TDMI已成為用于控制和用戶接口功能的現(xiàn)實(shí)上的規(guī)范處置器。當(dāng)需求實(shí)現(xiàn)高性能時(shí)，具有簡單存儲器系統(tǒng)單純的ARM7TDMI已不能滿足，系統(tǒng)的復(fù)雜程度必然要添加。往往是在ARM7TDMI上添加Cache存儲器、以ARMCPU核的方式添加軟件從片外存儲器讀、寫性能。2.13.2ARM9系列核引見ARM8核是從1993年到1996年開發(fā)的，并開發(fā)了具有片上Cache及存儲器管理單元高性能ARMCPU芯片以滿足比ARM7的3級流水線更高性能的ARM核的需求。ARM9TDMI將流水線的級數(shù)從ARM7TDMI的3級添加到5級，并運(yùn)用分開的指令與數(shù)據(jù)存儲器的Harvard體系構(gòu)造。ARM9TDMI的性能在一樣工藝條件下近似到達(dá)ARM7TDMI兩倍ARM9系列核引見1〕ARM9TDMI技術(shù)特點(diǎn)支持Thumb指令集；含有EmbeddedICE模塊支持片上調(diào)試；經(jīng)過采用5級流水線以添加最高時(shí)鐘速率；分開的指令與數(shù)據(jù)存儲器端口以改善CPI，提高處置器性能。ARM9系列核引見2〕ARM9TDMI組織ARM9內(nèi)核采用了與后面要講到的StrongARM一樣的5級流水線。ARM9TDMI與StrongARM核的主要區(qū)別在于StrongARM有一個(gè)與存放器讀出級并行操作的公用的轉(zhuǎn)移加法器進(jìn)展轉(zhuǎn)移地址計(jì)算，而ARM9TDMI運(yùn)用數(shù)據(jù)途徑中的ALU來計(jì)算轉(zhuǎn)移目的地址。ARM9系列核引見3〕ARM9TDMI的流水線操作ARM9內(nèi)核采用了與后面要講到的StrongARM一樣的5級流水線。ARM9TDMI與StrongARM核的主要區(qū)別在于StrongARM有一個(gè)與存放器讀出級并行操作的公用的轉(zhuǎn)移加法器進(jìn)展轉(zhuǎn)移地址計(jì)算，而ARM9TDMI運(yùn)用數(shù)據(jù)途徑中的ALU來計(jì)算轉(zhuǎn)移目的地址。ARM9系列核引見4〕Thumb解碼和存儲器讀寫5〕協(xié)處置器支持6〕片上調(diào)試7〕低電壓操作8〕ARM9TDMI運(yùn)用9〕ARM9E-S及ARM946E-S和ARM966E-S2.13.3ARM10系列核ARM10TDMI屬于ARM處置器核中的高端處置器核，ARM10TDMI的性能在一樣工藝條件下近似到達(dá)也以ARM9TDMI的兩倍性能任務(wù)。ARM1020E/ARM10200是基于ARM10TDMI核設(shè)計(jì)的高性能CPU核。添加最高時(shí)鐘速率。2.13.4StrongARM和XScale系列核1995年，ARM、Apple、DEC公司結(jié)合聲明將開發(fā)一種運(yùn)用于PDA的高性能、低功耗、基于ARM體系構(gòu)造的StrongARM微處置器。StrongARM主要特點(diǎn)有：具有存放器前推的5級流水線；除64位乘法、多存放器傳送和存儲器/存放器交換指令外，其它一切普通指令均是單周期指令；16KB、32路相聯(lián)的指令Cache，每行32字節(jié)；16KB、32路相聯(lián)的寫回式數(shù)據(jù)Cache，每行32字節(jié)；分開的32數(shù)據(jù)項(xiàng)的