ARM 概述
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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。
1.3.5SecurCore微處理器系列
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。
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、電子銀行業務、網絡和認證系統等領域。
SecurCore系列微處理器包含SecurCoreSC100、SecurCoreSC110、SecurCoreSC200和SecurCoreSC210四種類型,以適用于不同的應用場合。
1.3.6StrongARM微處理器系列
InterStrongARMSA-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Inter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技術優點的體系結構。
IntelStrongARM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。
1.3.7Xscale處理器
Xscale處理器是基于ARMv5TE體系結構的解決方案,是一款全性能、高性價比、低功耗的處理器。它支持16位的Thumb指令和DSP指令集,已使用在數字移動電話、個人數字助理和網絡產品等場合。
Xscale處理器是Inter目前主要推廣的一款ARM微處理器。
1.4ARM微處理器結構
1.4.1RISC體系結構
傳統的CISC（ComplexInstructionSetComputer,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（ReducedInstructionSetComputer,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結構優先選取使用頻最高的簡單指令,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行結果決定是否被執行,從而提高指令的執行效率。
－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各有優勢,而且界限并不那么明顯。現代的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的優勢,成為未來的CPU發展方向之一。
1.4.2ARM微處理器的寄存器結構
ARM處理器共有37個寄存器,被分為若干個組（BANK）,這些寄存器包括：
－31個通用寄存器,包括程序計數器（PC指針）,均為32位的寄存器。
－6個狀態寄存器,用以標識CPU的工作狀態及程序的運行狀態,均為32位,目前只使用了其中的一部分。
同時,ARM處理器又有7種不同的處理器模式,在每一種處理器模式下均有一組相應的寄存器與之對應。即在任意一種處理器模式下,可訪問的寄存器包括15個通用寄存器（R0～R14）、一至二個狀態寄存器和程序計數器。在所有的寄存器中,有些是在7種處理器模式下共用的同一個物理寄存器,而有些寄存器則是在不同的處理器模式下有不同的物理寄存器。
關于ARM處理器的寄存器結構,在后面的相關章節將會詳細描述。
1.4.3ARM微處理器的指令結構
ARM微處理器的在較新的體系結構中支持兩種指令集：ARM指令集和Thumb指令集。其中,ARM指令為32位的長度,Thumb指令為16位長度。Thumb指令集為ARM指令集的功能子集,但與等價的ARM代碼相比較,可節省30％～40％以上的存儲空間,同時具備32位代碼的所有優點。
關于ARM處理器的指令結構,在后面的相關章節將會詳細描述。
1.5ARM微處理器的應用選型
鑒于ARM微處理器的眾多優點,隨著國內外嵌入式應用領域的逐步發展,ARM微處理器必然會獲得廣泛的重視和應用。但是,由于ARM微處理器有多達十幾種的內核結構,幾十個芯片生產廠家,以及千變萬化的內部功能配置組合,給開發人員在選擇方案時帶來一定的困難,所以,對ARM芯片做一些對比研究是十分必要的。
以下從應用的角度出發,對在選擇ARM微處理器時所應考慮的主要問題做一些簡要的探討。
ARM微處理器內核的選擇
從前面所介紹的內容可知,ARM微處理器包含一系列的內核結構,以適應不同的應用領域,用戶如果希望使用WinCE或標準Linux等操作系統以減少軟件開發時間,就需要選擇ARM720T以上帶有MMU（MemoryManagementUnit）功能的ARM芯片,ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、Strong-ARM都帶有MMU功能。而ARM7TDMI則沒有MMU,不支持WindowsCE和標準Linux,但目前有uCLinux等不需要MMU支持的操作系統可運行于ARM7TDMI硬件平臺之上。事實上,uCLinux已經成功移植到多種不帶MMU的微處理器平臺上,并在穩定性和其他方面都有上佳表現。
本書所討論的S3C4510B即為一款不帶MMU的ARM微處理器,可在其上運行uCLinux操作系統。
系統的工作頻率
系統的工作頻率在很大程度上決定了ARM微處理器的處理能力。ARM7系列微處理器的典型處理速度為0.9MIPS/MHz,常見的ARM7芯片系統主時鐘為20MHz-133MHz,ARM9系列微處理器的典型處理速度為1.1MIPS/MHz,常見的ARM9的系統主時鐘頻率為100MHz-233MHz,ARM10最高可以達到700MHz。不同芯片對時鐘的處理不同,有的芯片只需要一個主時鐘頻率,有的芯片內部時鐘控制器可以分別為ARM核和USB、UART、DSP、音頻等功能部件提供不同頻率的時鐘。
芯片內存儲器的容量
大多數的ARM微處理器片內存儲器的容量都不太大,需要用戶在設計系統時外擴存儲器,但也有部分芯片具有相對較大的片內存儲空間,如ATMEL的AT91F40162就具有高達2MB的片內程序存儲空間,用戶在設計時可考慮選用這種類型,以簡化系統的設計。
片內外圍電路的選擇
除ARM微處理器核以外,幾乎所有的ARM芯片均根據各自不同的應用領域,擴展了相關功能模塊,并集成在芯片之中,我們稱之為片內外圍電路,如USB接口、IIS接口、LCD控制器、鍵盤接口、RTC、ADC和DAC、DSP協處理器等,設計者應分析系統的需求,盡可能采用片內外圍電路完成所需的功能,這樣既可簡化系統的設計,同時提高系統的可靠性。
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