ARM9系列处理器—嵌入式处理器

　　ＡＲＭ９系列处理器是英国ＡＲＭ公司设计的主流嵌入式处理器，主要包括ＡＲＭ９ＴＤＭＩ和ＡＲＭ９Ｅ－Ｓ等系列。

　　新一代的ＡＲＭ９处理器，通过全新的设计，采用了更多的晶体管，能够达到两倍以上于ＡＲＭ７处理器的处理能力。这种处理能力的提高是通过增加时钟频率和减少指令执行周期实现的。

　　１　时钟频率的提高

　　ＡＲＭ７处理器采用３级流水线，而ＡＲＭ９采用５级流水线。增加的流水线设计提高了时钟频率和并行处理能力。５级流水线能够将每一个指令处理分配到５个时钟周期内，在每一个时钟周期内同时有５个指令在执行。在同样的加工工艺下，ＡＲＭ９ＴＤＭＩ处理器的时钟频率是ＡＲＭ７ＴＤＭＩ的１．８～２．２倍。

　　２　指令周期的改进

　　指令周期的改进对于处理器性能的提高有很大的帮助。性能提高的幅度依赖于代码执行时指令的重叠，这实际上是程序本身的问题。对于采用的语言，一般来说，性能的提高在３０％左右。

　　２．１　ｌｏａｄｓ　指令矛ｎ　ｓｔｏｒｅｓ指令

　　指令周期数的改进明显的是ｌｏａｄｓ指令和ｓｔｏｒｅｓ指令。从ＡＲＭ７到ＡＲＭ９这两条指令的执行时间减少了３０％。指令周期的减少是由于ＡＲＭ７和ＡＲＭ９两种处理器内的两个基本的微处理结构不同所造成的。

　　（１）ＡＲＭ９有独立的指令和数据存储器接口，允许处理器同时进行取指和读写数据。这叫作改进型哈佛结构。而ＡＲＭ７只有数据存储器接口，它同时用来取指令和数据访问。

　　（２）５级流水线引入了独立的存储器和写回流水线，分别用来访问存储器和将结果写回寄存器。

　　以上两点实现了一个周期完成ｌｏａｄｓ指令和ｓｔｏｒｅｓ指令。

　　２．２　互锁（ｉｎｔｅｒｌｏｃｋｓ）技术

　　当指令需要的数据因为以前的指令没有执行完而没有准备好就会产生管道互锁。当管道互锁发生时，硬件会停止这个指令的执行，直到数据准备好为止。虽然这种技术会增加代码执行时间，但是为初期的设计者提供了巨大的方便。编译器以及汇编程序员可以通过重新设计代码的顺序或者其他方法来减少管道互锁的数量。

　　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并没有对分枝指令进行预测处理。

　　３　ＡＲＭ９结构及特点

　　以ＡＲＭ９Ｅ－Ｓ为例介绍ＡＲＭ９处理器的主要结构及其特点。ＡＲＭ９Ｅ－Ｓ的结构如图４所示。其主要特点如下：

　　（１）３２ｂｉｔ定点ＲＩＳＣ处理器，改进型ＡＲＭ／Ｔｈｕｍｂ代码交织，增强性乘法器设计。支持实时（ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ）调试；

　　（２）片内指令和数据ＳＲＡＭ，而且指令和数据的存储器容量可调；

　　（３）片内指令和数据高速缓冲器（ｃａｃｈｅ）容量从４Ｋ字节到１Ｍ字节；

　　（４）设置保护单元（ｐｒｏｔｃｃｔｉｏｎ　ｕｎｉｔ），非常适合嵌入式应用中对存储器进行分段和保护；

　　（５）采用ＡＭＢＡ　ＡＨＢ总线接口，为外设提供统一的地址和数据总线；

　　（６）支持外部协处理器，指令和数据总线有简单的握手信令支持；

　　（７）支持标准基本逻辑单元扫描测试方法学，而且支持ＢＩＳＴ（ｂｕｉｌｔ－ｉｎ－ｓｅｌｆ－ｔｅｓｔ）；

　　（８）支持嵌入式跟踪宏单元，支持实时跟踪指令和数据。

　　４　ＡＲＭ９的典型应用

　　ＴＩ公司的ＯＭＡＰ７３０是的无线通信基带信号处理器。该处理器是ＴＩ的ＧＰＲＳ　Ｃｌａｓｓ　１２通信模块与专用于应用处理的ＡＲＭ９２６通用处理器（ＧＰＰ）的集成。由于ＧＰＰ的速度可达２００ＭＨｚ，因此ＯＭＡＰ７３０具有两倍于上一代ＯＭＡＰ７１０处理器的应用处理性能。如同所有的ＯＭＡＰ处理器一样，ＯＭＡＰ７３０可支持的移动操作系统，其中包括Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ的智能电话与Ｐｏｃｋｅｔ　ＰＣ　ＰｈｏｎｅＥｄｉｔｉｏｎ、Ｓｖｍｂｉａｎ　ＯＳ与Ｓｅｒｉｅｓ　６０、Ｐａｌｍ　ＯＳ以及Ｌｉｎｕｘ。

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