采用 RISC 架構的 ARM 微處理器一般具有如下特點:
體積小、低功耗、低成本、高性能;
支持 Thumb ( 16 位) /ARM ( 32 位)雙指令集,能很好的兼容 8 位 /16 位器件;
大量使用寄存器,指令執(zhí)行速度更快;
大多數數據操作都在寄存器中完成;
尋址方式靈活簡單,執(zhí)行效率高;
指令長度固定;
ARM的分類系列
ARM 微處理器目前包括下面幾個系列,以及其它廠商基于 ARM 體系結構的處理器,除了具有ARM 體系結構的共同特點以外,每一個系列的 ARM 微處
理器都有各自的特點和應用領域。
- ARM7 系列
- ARM9 系列
- ARM9E 系列
- ARM10E 系列
- ARM11 系列
- SecurCore 系列
- Intel 的 Xscale
- Intel 的 StrongARM
其中, ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10為4個通用處理器系列,每一個系列提供一套相對獨特的性能來滿足不同應用領域的需求。 SecurCore 系列專門
為安全要求較高的應用而設計。
ARM7 系列微處理器為低功耗的 32 位 RISC 處理器,最適合用于對價位和功耗要求較高的消費類應用。 ARM7 微處理器系列具有如下特點:
- 具有嵌入式 ICE - RT 邏輯,調試開發(fā)方便。
- 極低的功耗,適合對功耗要求較高的應用,如便攜式產品。
- 能夠提供 0.9MIPS/MHz 的三級流水線結構。
- 代碼密度高并兼容 16 位的 Thumb 指令集。
- 對操作系統的支持廣泛,包括 Windows CE 、 Linux 、 Palm OS 等。
- 指令系統與 ARM9 系列、 ARM9E 系列和 ARM10E 系列兼容,便于用戶的產品升級換代。
- 主頻**可達 130MIPS ,高速的運算處理能力能勝任絕大多數的復雜應用。見公司網站:http://www.edu118.com
ARM7 系列微處理器的主要應用領域為:工業(yè)控制、 Internet 設備、網絡和調制解調器設備、移動電話等多種多媒體和嵌入式應用。
ARM7 系列微處理器包括如下幾種類型的核: ARM7TDMI 、 ARM7TDMI-S 、ARM720T 、 ARM7EJ 。其中, ARM7I 是目前使用最廣泛的 32 位嵌入式
RISC 處理器,屬低端ARM 處理器核。 TDMI 的基本含義為:
T : 支持 16 為壓縮指令集 Thumb ;
D : 支持片上 Debug ;
M :內嵌硬件乘法器( Multiplier )
I : 嵌入式 ICE ,支持片上斷點和調試點;
ARM9 系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供**的性能。具有以下特點:
- 5 級整數流水線,指令執(zhí)行效率更高。
- 提供 1.1MIPS/MHz 的哈佛結構。
- 支持 32 位 ARM 指令集和 16 位 Thumb 指令集。
- 支持 32 位的高速 AMBA 總線接口。
- 全性能的 MMU ,支持 Windows CE 、 Linux 、 Palm OS 等多種主流嵌入式操作系統。
- MPU 支持實時操作系統。
- 支持數據 Cache 和指令 Cache ,具有更高的指令和數據處理能力。
ARM9 系列微處理器主要應用于無線設備、儀器儀表、安全系統、機頂盒、高端打印機、數字照相機和數字攝像機等。
ARM9 系列微處理器包含 ARM920T 、 ARM922T 和 ARM940T 三種類型,以適用于不同的應用場合。見公司網站:http://www.edu118.com
ARM9E 系列微處理器為可綜合處理器,使用單一的處理器內核提供了微控制器、 DSP 、 Java應用系統的解決方案,極大的減少了芯片的面積和系統
的復雜程度。 ARM9E 系列微處理器提供了增強的 DSP 處理能力,很適合于那些需要同時使用 DSP 和微控制器的應用場合。
ARM9E 系列微處理器的主要特點如下:
- 支持 DSP 指令集,適合于需要高速數字信號處理的場合。
- 5 級整數流水線,指令執(zhí)行效率更高。
- 支持 32 位 ARM 指令集和 16 位 Thumb 指令集。
- 支持 32 位的高速 AMBA 總線接口。
- 支持 VFP9 浮點處理協處理器。
- 全性能的 MMU ,支持 Windows CE 、 Linux 、 Palm OS 等多種主流嵌入式操作系統。
- MPU 支持實時操作系統。
- 支持數據 Cache 和指令 Cache ,具有更高的指令和數據處理能力。
- 主頻**可達 300MIPS 。
ARM9 系列微處理器主要應用于下一代無線設備、數字消費品、成像設備、工業(yè)控制、存儲設備和網絡設備等領域。
ARM9E 系列微處理器包含 ARM926EJ-S 、 ARM946E-S 和 ARM966E-S 三種類型,以適用于不同的應用場合。
ARM10E 系列微處理器具有高性能、低功耗的特點,由于采用了新的體系結構,與同等的 ARM9器件相比較,在同樣的時鐘頻率下,性能提高了近 50
%,同時, ARM10E 系列微處理器采用了兩種先進的節(jié)能方式,使其功耗極低。
ARM10E 系列微處理器的主要特點如下:
- 支持 DSP 指令集,適合于需要高速數字信號處理的場合。
- 6 級整數流水線,指令執(zhí)行效率更高。
- 支持 32 位 ARM 指令集和 16 位 Thumb 指令集。
- 支持 32 位的高速 AMBA 總線接口。
- 支持 VFP10 浮點處理協處理器。
- 全性能的 MMU ,支持 Windows CE 、 Linux 、 Palm OS 等多種主流嵌入式操作系統。
- 支持數據 Cache 和指令 Cache ,具有更高的指令和數據處理能力。
- 主頻**可達 400MIPS 。
- 內嵌并行讀 / 寫操作部件。
ARM10E 系列微處理器主要應用于下一代無線設備、數字消費品、成像設備、工業(yè)控制、通信和信息系統等領域。
ARM10E 系列微處理器包含 ARM1020E 、 ARM1022E 和 ARM1026EJ-S 三種類型,以適用于不同的應用場合。
SecurCore 系列微處理器專為安全需要而設計,提供了完善的 32 位 RISC 技術的安全解決方案,因此, SecurCore 系列微處理器除了具有 ARM 體
系結構的低功耗、高性能的特點外,還具有其獨特的優(yōu)勢,即提供了對安全解決方案的支持。
SecurCore 系列微處理器除了具有 ARM 體系結構各種主要特點外,還在系統安全方面具有如下的特點:
- 帶有靈活的保護單元,以確保操作系統和應用數據的安全。
- 采用軟內核技術,防止外部對其進行掃描探測。
- 可集成用戶自己的安全特性和其他協處理器。見公司網站:http://www.edu118.com
SecurCore 系列微處理器主要應用于一些對安全性要求較高的應用產品及應用系統,如電子商務、電子政務、電子銀行業(yè)務、網絡和認證系統等領域
。
SecurCore 系列微處理器包含 SecurCore SC100 、 SecurCore SC110 、 SecurCore SC200 和 SecurCore SC210 四種類型,以適用于不同的應用場
合。
Intel StrongARM SA-1100 處理器是采用 ARM 體系結構高度集成的 32 位 RISC 微處理器。它融合了 Intel 公司的設計和處理技術以及 ARM 體系
結構的電源效率,采用在軟件上兼容 ARMv4 體系結構、同時采用具有 Intel 技術優(yōu)點的體系結構。
Intel StrongARM 處理器是便攜式通訊產品和消費類電子產品的理想選擇,已成功應用于多家公司的掌上電腦系列產品。見公司網站:
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傳統的 CISC ( Complex Instruction Set Computer ,復雜指令集計算機)結構有其固有的缺點,即隨著計算機技術的發(fā)展而不斷引入新的復雜的
指令集,為支持這些新增的指令,計算機的體系結構會越來越復雜,然而,在 CISC 指令集的各種指令中,其使用頻率卻相差懸殊,大約有 20 %的
指令會被反復使用,占整個程序代碼的 80 %。而余下的 80 %的指令卻不經常使用,在程序設計中只占 20 %,顯然,這種結構是不太合理的。
基于以上的不合理性, 1979 年美國加州大學伯克利分校提出了 RISC ( Reduced Instruction Set Computer ,精簡指令集計算機)的概念,
RISC 并非只是簡單地去減少指令,而是把著眼點放在了如何使計算機的結構更加簡單合理地提高運算速度上。 RISC 結構優(yōu)先選取使用頻**的簡
單指令,避免復雜指令;將指令長度固定,指令格式和尋地方式種類減少;以控制邏輯為主,不用或少用微碼控制等措施來達到上述目的。
到目前為止, RISC 體系結構也還沒有嚴格的定義,一般認為, RISC 體系結構應具有如下特點:
- 采用固定長度的指令格式,指令歸整、簡單、基本尋址方式有 2 ~ 3 種。
- 使用單周期指令,便于流水線操作執(zhí)行。
- 大量使用寄存器,數據處理指令只對寄存器進行操作,只有加載 / 存儲指令可以訪問存儲器,以提高指令的執(zhí)行效率。
除此以外, ARM 體系結構還采用了一些特別的技術,在保證高性能的前提下盡量縮小芯片的面積,并降低功耗:
- 所有的指令都可根據前面的執(zhí)行結果決定是否被執(zhí)行,從而提高指令的執(zhí)行效率。
- 可用加載 / 存儲指令批量傳輸數據,以提高數據的傳輸效率。
- 可在一條數據處理指令中同時完成邏輯處理和移位處理。
- 在循環(huán)處理中使用地址的自動增減來提高運行效率。
當然,和 CISC 架構相比較,盡管 RISC 架構有上述的優(yōu)點,但決不能認為 RISC 架構就可以取代 CISC 架構,事實上, RISC 和 CISC 各有優(yōu)勢,
而且界限并不那么明顯,F代的 CPU 往往采用CISC 的外圍,內部加入了 RISC 的特性,如超長指令集 CPU 就是融合了 RISC 和 CISC 的優(yōu)勢,成
為未來的 CPU 發(fā)展方向之一。
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