詞語解釋
ARM9是一種基于ARM架構(gòu)的32位RISC處理器,它是由ARM公司開發(fā)的一種處理器,是ARM架構(gòu)處理器的一個系列,是ARM架構(gòu)處理器的重要一環(huán)。ARM9是一種高性能、低功耗的處理器,廣泛應(yīng)用于移動通信、消費(fèi)電子、汽車電子、家用電器、工業(yè)控制等領(lǐng)域。 ARM9在通信中的應(yīng)用是非常廣泛的,它可以用于智能手機(jī)、筆記本電腦、PDA、路由器等多種移動設(shè)備,也可以用于家用電器、汽車電子、工業(yè)控制等多種應(yīng)用。 ARM9的主要特點(diǎn)是低功耗、高性能,它采用了ARM架構(gòu),擁有高性能、低功耗的特點(diǎn),在處理器設(shè)計(jì)上,ARM9采用了多級流水線技術(shù),使得處理器的性能得到了很大的提升,而且ARM9的功耗也比較低,可以滿足移動設(shè)備的要求。 ARM9還支持多種指令集,可以滿足不同的應(yīng)用需求,它支持ARM、Thumb、Jazelle和ThumbEE等多種指令集,可以滿足不同應(yīng)用的要求。 ARM9的應(yīng)用非常廣泛,它可以用于智能手機(jī)、筆記本電腦、PDA、路由器等多種移動設(shè)備,也可以用于家用電器、汽車電子、工業(yè)控制等多種應(yīng)用。ARM9的低功耗、高性能特點(diǎn),使它成為了移動通信領(lǐng)域的重要處理器。 ARM9系列處理器是英國ARM公司設(shè)計(jì)的主流嵌入式處理器,主要包括ARM9TDMI和ARM9E-S等系列。 以手機(jī)應(yīng)用為例,2G手機(jī)只需提供語音及簡單的文字短信功能,而目前的2.5G和未來的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ARM9已經(jīng)全面替代了ARM7。因?yàn)锳RM9的新特性能夠滿足各種新需求的同時減少產(chǎn)品研發(fā)時間并降低研發(fā)費(fèi)用。 新一代的ARM9處理器,通過全新的設(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。這種處理能力的提高是通過增加時鐘頻率和減少指令執(zhí)行周期實(shí)現(xiàn)的。 1 時鐘頻率的提高 ARM7處理器采用3級流水線,而ARM9采用5級流水線,如圖1、2、3所示。增加的流水線設(shè)計(jì)提高了時鐘頻率和并行處理能力。5級流水線能夠?qū)⒚恳粋指令處理分配到5個時鐘周期內(nèi),在每一個時鐘周期內(nèi)同時有5個指令在執(zhí)行。在同樣的加工工藝下,ARM9TDMI處理器的時鐘頻率是ARM7TDMI的1.8~2.2倍。 2 指令周期的改進(jìn) 指令周期的改進(jìn)對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)行時指令的重疊,這實(shí)際上是程序本身的問題。對于采用最高級的語言,一般來說,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ARM7到ARM9這兩條指令的執(zhí)行時間減少了30%。指令周期的減少是由于ARM7和ARM9兩種處理器內(nèi)的兩個基本的微處理結(jié)構(gòu)不同所造成的。 (1)ARM9有獨(dú)立的指令和數(shù)據(jù)存儲器接口,允許處理器同時進(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ARM7只有數(shù)據(jù)存儲器接口,它同時用來取指令和數(shù)據(jù)訪問。 (2)5級流水線引入了獨(dú)立的存儲器和寫回流水線,分別用來訪問存儲器和將結(jié)果寫回寄存器。 以上兩點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了一個周期完成loads指令和stores指令。 2.2 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]有執(zhí)行完而沒有準(zhǔn)備好就會產(chǎn)生管道互鎖。當(dāng)管道互鎖發(fā)生時,硬件會停止這個指令的執(zhí)行,直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好為止。雖然這種技術(shù)會增加代碼執(zhí)行時間,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重新設(shè)計(jì)代碼的順序或者其他方法來減少管道互鎖的數(shù)量。 2.3 分枝指令 ARM9和ARM7的分枝指令周期是相同的。而且ARM9TDMI和ARM9E-S并沒有對分枝指令進(jìn)行預(yù)測處理。 3 ARM9結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 以ARM9E-S為例介紹ARM9處理器的主要結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。ARM9E-S的結(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ARM/Thumb代碼交織,增強(qiáng)性乘法器設(shè)計(jì)。支持實(shí)時(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)的存儲器容量可調(diào); (3)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)用中對存儲器進(jìn)行分段和保護(hù); (5)采用AMBA AHB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)總線有簡單的握手信令支持; (7)支持標(biāo)準(zhǔn)基本邏輯單元掃描測試方法學(xué),而且支持BIST(built-in-self-test); (8)支持嵌入式跟蹤宏單元,支持實(shí)時跟蹤指令和數(shù)據(jù)。 4 ARM9的典型應(yīng)用 TI公司的OMAP730是最新的無線通信基帶信號處理器。該處理器是TI的GPRS Class 12通信模塊與專用于應(yīng)用處理的ARM926通用處理器(GPP)的集成。由于GPP的速度可達(dá)200MHz,因此OMAP730具有兩倍于上一代OMAP710處理器的應(yīng)用處理性能。如同所有的OMAP處理器一樣,OMAP730可支持領(lǐng)先的移動操作系統(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。 TI OMAP730結(jié)構(gòu)如圖5所示。其中ARM926TEJ處理器的主要特性包括:(1)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)用于嵌入式系統(tǒng)中。ARM9代表了ARM公司主流的處理器,已經(jīng)在手持電話、機(jī)頂盒、數(shù)碼像機(jī)、GPS、個人數(shù)字助理以及因特網(wǎng)設(shè)備等方面有了廣泛的應(yīng)用。 ·EP930x處理器 EP9301/EP9302是Cirrus Logic公司新近推出的系列arm9芯片中的一種極具價格優(yōu)勢的處理器,它的高性能設(shè)計(jì)是許多消費(fèi)和工業(yè)電子產(chǎn)品的理想選擇。 EP9301擁有先進(jìn)的166兆赫 ARM920T處理器(Ep9302為200兆赫), 66兆赫系統(tǒng)總線(EP9302為100兆赫系統(tǒng)總線)以及支持Linux、Windows CE和其它許多嵌入式操作系統(tǒng)的存儲器管理器單元(MMU)。ARM920T 的32位微處理器結(jié)構(gòu)帶有一個5階管線,可以極低的功耗提供優(yōu)異的性能。 16K指令高速緩存和16K數(shù)據(jù)高速緩存可為現(xiàn)有的程序和數(shù)據(jù)提供零等待時間,或者也可被鎖定,以確保對關(guān)鍵指令和數(shù)據(jù)的無延遲存取。另外Ep9302具有MaverickCrunch協(xié)處理器。這一協(xié)處理器顯著提高了ARM920T的單/雙精度整數(shù)及浮點(diǎn)運(yùn)算能力。當(dāng)對數(shù)字音頻和視頻格式進(jìn)行編碼、執(zhí)行工業(yè)控制運(yùn)算以及其它運(yùn)算密集型計(jì)算和數(shù)據(jù)處理功能時,該協(xié)處理器可使EP9302具有高速精確計(jì)算能力。
ARM9系列處理器是英國ARM公司設(shè)計(jì)的主流嵌入式處理器,主要包括ARM9TDMI和ARM9E-S等系列。 以手機(jī)應(yīng)用為例,2G手機(jī)只需提供語音及簡單的文字短信功能,而目前的2.5G和未來的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ARM9已經(jīng)全面替代了ARM7。因?yàn)锳RM9的新特性能夠滿足各種新需求的同時減少產(chǎn)品研發(fā)時間并降低研發(fā)費(fèi)用。 新一代的ARM9處理器,通過全新的設(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。這種處理能力的提高是通過增加時鐘頻率和減少指令執(zhí)行周期實(shí)現(xiàn)的。 1 時鐘頻率的提高 ARM7處理器采用3級流水線,而ARM9采用5級流水線,如圖1、2、3所示。增加的流水線設(shè)計(jì)提高了時鐘頻率和并行處理能力。5級流水線能夠?qū)⒚恳粋指令處理分配到5個時鐘周期內(nèi),在每一個時鐘周期內(nèi)同時有5個指令在執(zhí)行。在同樣的加工工藝下,ARM9TDMI處理器的時鐘頻率是ARM7TDMI的1.8~2.2倍。 2 指令周期的改進(jìn) 指令周期的改進(jìn)對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)行時指令的重疊,這實(shí)際上是程序本身的問題。對于采用最高級的語言,一般來說,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ARM7到ARM9這兩條指令的執(zhí)行時間減少了30%。指令周期的減少是由于ARM7和ARM9兩種處理器內(nèi)的兩個基本的微處理結(jié)構(gòu)不同所造成的。 (1)ARM9有獨(dú)立的指令和數(shù)據(jù)存儲器接口,允許處理器同時進(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ARM7只有數(shù)據(jù)存儲器接口,它同時用來取指令和數(shù)據(jù)訪問。 (2)5級流水線引入了獨(dú)立的存儲器和寫回流水線,分別用來訪問存儲器和將結(jié)果寫回寄存器。 以上兩點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了一個周期完成loads指令和stores指令。 2.2 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]有執(zhí)行完而沒有準(zhǔn)備好就會產(chǎn)生管道互鎖。當(dāng)管道互鎖發(fā)生時,硬件會停止這個指令的執(zhí)行,直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好為止。雖然這種技術(shù)會增加代碼執(zhí)行時間,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重新設(shè)計(jì)代碼的順序或者其他方法來減少管道互鎖的數(shù)量。 2.3 分枝指令 ARM9和ARM7的分枝指令周期是相同的。而且ARM9TDMI和ARM9E-S并沒有對分枝指令進(jìn)行預(yù)測處理。 3 ARM9結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 以ARM9E-S為例介紹ARM9處理器的主要結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。ARM9E-S的結(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ARM/Thumb代碼交織,增強(qiáng)性乘法器設(shè)計(jì)。支持實(shí)時(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)的存儲器容量可調(diào); (3)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)用中對存儲器進(jìn)行分段和保護(hù); (5)采用AMBA AHB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)總線有簡單的握手信令支持; (7)支持標(biāo)準(zhǔn)基本邏輯單元掃描測試方法學(xué),而且支持BIST(built-in-self-test); (8)支持嵌入式跟蹤宏單元,支持實(shí)時跟蹤指令和數(shù)據(jù)。 4 ARM9的典型應(yīng)用 TI公司的OMAP730是最新的無線通信基帶信號處理器。該處理器是TI的GPRS Class 12通信模塊與專用于應(yīng)用處理的ARM926通用處理器(GPP)的集成。由于GPP的速度可達(dá)200MHz,因此OMAP730具有兩倍于上一代OMAP710處理器的應(yīng)用處理性能。如同所有的OMAP處理器一樣,OMAP730可支持領(lǐng)先的移動操作系統(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。 TI OMAP730結(jié)構(gòu)如圖5所示。其中ARM926TEJ處理器的主要特性包括:(1)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)用于嵌入式系統(tǒng)中。ARM9代表了ARM公司主流的處理器,已經(jīng)在手持電話、機(jī)頂盒、數(shù)碼像機(jī)、GPS、個人數(shù)字助理以及因特網(wǎng)設(shè)備等方面有了廣泛的應(yīng)用。 ·EP930x處理器 EP9301/EP9302是Cirrus Logic公司新近推出的系列arm9芯片中的一種極具價格優(yōu)勢的處理器,它的高性能設(shè)計(jì)是許多消費(fèi)和工業(yè)電子產(chǎn)品的理想選擇。 EP9301擁有先進(jìn)的166兆赫 ARM920T處理器(Ep9302為200兆赫), 66兆赫系統(tǒng)總線(EP9302為100兆赫系統(tǒng)總線)以及支持Linux、Windows CE和其它許多嵌入式操作系統(tǒng)的存儲器管理器單元(MMU)。ARM920T 的32位微處理器結(jié)構(gòu)帶有一個5階管線,可以極低的功耗提供優(yōu)異的性能。 16K指令高速緩存和16K數(shù)據(jù)高速緩存可為現(xiàn)有的程序和數(shù)據(jù)提供零等待時間,或者也可被鎖定,以確保對關(guān)鍵指令和數(shù)據(jù)的無延遲存取。另外Ep9302具有MaverickCrunch協(xié)處理器。這一協(xié)處理器顯著提高了ARM920T的單/雙精度整數(shù)及浮點(diǎn)運(yùn)算能力。當(dāng)對數(shù)字音頻和視頻格式進(jìn)行編碼、執(zhí)行工業(yè)控制運(yùn)算以及其它運(yùn)算密集型計(jì)算和數(shù)據(jù)處理功能時,該協(xié)處理器可使EP9302具有高速精確計(jì)算能力。
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