【正文】 RM ARM9E、 ARM10E、 SecurCore、以及 Intel的 StrongARM、 XScale和其它廠商基于 ARM體系結(jié)構(gòu)的處理器，除了具有 ARM體系結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)以外，每一個(gè)系列的ARM微處理器都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。 14:32 82 典型的 ARM體系結(jié)構(gòu)方框圖 14:32 83 典型 ARM體系結(jié)構(gòu)的主要部件 ARM體系結(jié)構(gòu)的 ALU與常用的 ALU邏輯結(jié)構(gòu)基本相同 ,由兩個(gè)操作數(shù)鎖存器、加法器、邏輯功能、結(jié)果及零檢測(cè)邏輯構(gòu)成。 ARM采用了 32 32位桶形移位寄存器 ,左移 /右移 n位、環(huán)移 n位和算術(shù)右移 n位等都可一次完成 ,可有效減少移位的延遲時(shí)間。 ARM為了提高運(yùn)算速度，采用 2位乘法的方法， 2位乘法可根據(jù)乘數(shù)的 2位來實(shí)現(xiàn) “ 加－移位 ” 運(yùn)算。 ARM的高速乘法器采用32 8位的結(jié)構(gòu)，完成 32 2位乘法也只需 5個(gè)時(shí)鐘周期。 14:32 84 典型 ARM體系結(jié)構(gòu)的主要部件 在 ARM體系結(jié)構(gòu)中，浮點(diǎn)部件作為選件可根據(jù)需要選用，F(xiàn)PA10浮點(diǎn)加速器以協(xié)處理器方式與 ARM相連，并通過協(xié)處理器指令的解釋來執(zhí)行。浮點(diǎn)的 Load/Store指令使用頻度要達(dá)到 67％，故 FPA10內(nèi)部也采用 Load/Store結(jié)構(gòu)，有 8個(gè) 80位浮點(diǎn)寄存器組，指令執(zhí)行也采用流水線結(jié)構(gòu)。 ARM的控制器采用硬接線的可編程邏輯陣列 PLA，其輸入端有14根、輸出端有 40根，分別控制乘法器、協(xié)處理器及地址寄存器、 ALU和移位器等。 ARM有 37個(gè)寄存器， 31個(gè)通用 32位寄存器和 6個(gè)狀態(tài)寄存器。 14:32 85 ARM微處理器結(jié)構(gòu) ARM7微處理器 ARM9微處理器 ARM9E微處理器 ARM10E微處理器 SecurCore微處理器 StrongARM微處理器 XScale微處理器 14:32 86 ARM7微處理器 ARM7系列微處理器包括 ARM7TDMI、 ARM7TDMIS、 ARM720T、ARM7EJ幾種類型。其中， ARM7TMDI是目前使用最廣泛的 32位嵌入式 RISC處理器，主頻最高可達(dá) 130 MIPS；采用能夠提供；內(nèi)嵌硬件乘法器（ Multiplier）；支持 16位壓縮指令集 Thumb；嵌入式 ICE；支持片上 Debug；支持片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)；指令系統(tǒng)與 ARM9系列、ARM9E系列和 ARM10E系列兼容；支持 Windows CE、 Linux、 Palm OS等操作系統(tǒng)。典型產(chǎn)品如 Samsung公司的 S3C4510B。 14:32 87 14:32 88 ARM7TDMI處理器組成主要部件 ARM7TDMI提供了存儲(chǔ)器接口、 MMU接口、協(xié)處理器接口和調(diào)試接口，以及時(shí)鐘與總線等控制信號(hào)，如圖 。 存儲(chǔ)器接口包括了 32位地址 A[31:0］、雙向 32位數(shù)據(jù)總線D[31:0]、單向 32位數(shù)據(jù)總線 DIN[31:0]與 DOUT[31:0]、以及存儲(chǔ)器訪問請(qǐng)求 MREQ、地址順序 SEQ、存儲(chǔ)器訪問控制 MAS[1:0]和數(shù)據(jù)鎖存控制 BL[3:0]等控制信號(hào)。 ARM7TDMI處理器內(nèi)核也可 ARM7TDMIS軟核（ Softcore）形式向用戶提供。同時(shí)，提供多種組合選擇，例如可以省去嵌入式ICE宏單元等。 14:32 89 ARM7TDMI處理器外部引腳組成 14:32 90 ARM720T處理器內(nèi)核是在 ARM7TDMI處理器內(nèi)核基礎(chǔ)上，增加8KB的數(shù)據(jù)與指令 Cache，支持段式和頁(yè)式存儲(chǔ)的 MMU(Memory Management Unit)、寫緩沖器及 AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)接口而構(gòu)成 ,如下圖所示 . ARM740T處理器內(nèi)核與 ARM720T處理器內(nèi)核相比，結(jié)構(gòu)基本相同， ARM740T處理器核沒有存儲(chǔ)器管理單元 MMU，不支持虛擬存儲(chǔ)器尋址，而是用存儲(chǔ)器保護(hù)單元來提供基本保護(hù)和 Cache的控制。合適低價(jià)格低功耗的嵌入式應(yīng)用。 14:32 91 ARM720T內(nèi)核結(jié)構(gòu) 14:32 92 ARM9微處理器 ARM9系列微處理器包含 ARM920T、 ARM922T和 ARM940T幾種類型，可以在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。采用 5級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。提供 。支持?jǐn)?shù)據(jù) Cache和指令 Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。 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(tǒng)。 MPU支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。 ARM920T處理器核在 ARM9TDMI處理器內(nèi)核基礎(chǔ)上，增加了分離式的指令 Cache和數(shù)據(jù) Cache，并帶有相應(yīng)的存儲(chǔ)器管理單元IMMU和 DMMU、寫緩沖器及 AMBA接口等，如圖 。 14:32 93 ARM920T內(nèi)核結(jié)構(gòu) 14:32 94 ARM940T處理器核 ARM940T處理器核采用了 ARM9TDMI處理器內(nèi)核，是 ARM920T處理器核的簡(jiǎn)化版本，沒有存儲(chǔ)器管理單元 MMU，不支持虛擬存儲(chǔ)器尋址，而是用存儲(chǔ)器保護(hù)單元來提供存儲(chǔ)保護(hù)和 Cache控制。 ARM9系列微處理器主要應(yīng)用于無線通信設(shè)備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機(jī)頂盒、高端打印機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等。典型產(chǎn)品如 Samsung公司的 S3C2410A。 14:32 95 ARM9E微處理器 ARM9E系列微處理器包含 ARM926EJS、 ARM946ES和 ARM966ES幾種類型，使用單一的處理器內(nèi)核提供了微控制器、 DSP、Java應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案。 ARM9E系列微處理器提供了增強(qiáng)的DSP處理能力，很適合于那些需要同時(shí)使用 DSP和微控制器的應(yīng)用場(chǎng)合。 ARM9E系列微處理器支持 DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場(chǎng)合。 ARM9E系列微處理器采用 5級(jí)整數(shù)流水線，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(diǎn)處理協(xié)處理器， MMU支持 Windows CE、Linux、 Palm OS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)， MPU支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，支持?jǐn)?shù)據(jù) Cache和指令 Cache，主頻最高可達(dá) 300MIPS。 ARM9系列微處理器主要應(yīng)用于無線終端設(shè)備、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等領(lǐng)域。 14:32 96 ARM10E微處理器 ARM10E系列微處理器包含 ARM1020E、 ARM1022E和 ARM1026EJS幾種類型，由于采用了新的體系結(jié)構(gòu)，與同等的 ARM9器件相比較，在同樣的時(shí)鐘頻率下，性能提高了近 50％。同時(shí)采用了兩種先進(jìn)的節(jié)能方式，使其功耗極低。 ARM10E系列微處理器支持 DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場(chǎng)合。 采用 6級(jí)整數(shù)流水線，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(diǎn)處理協(xié)處理器， MMU支持 Windows CE、 Linux、 Palm OS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)，支持?jǐn)?shù)據(jù) Cache和指令 Cache，內(nèi)嵌并行讀 /寫操作部件，主頻最高可達(dá) 400MIPS。 ARM10E系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無線設(shè)備、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、通信和信息系統(tǒng)等領(lǐng)域。 14:32 97 SecurCore微處理器 SecurCore系列微處理器包含 SecurCore SC100、 SecurCore SC1 SecurCore SC200和 SecurCore SC210幾種類型，提供了完善的 32位 RISC技術(shù)的 安全解決方案 。 SecurCore系列微處理器除了具有 ARM體系結(jié)構(gòu)各種主要特點(diǎn)外，在系統(tǒng)安全方面： 帶有靈活的保護(hù)單元，以確保操作系統(tǒng)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的安全；采用軟內(nèi)核技術(shù)，防止外部對(duì)其進(jìn)行掃描探測(cè)；可集成用戶自己的安全特性和其他協(xié)處理器。 SecurCore系列微處理器主要應(yīng)用于如電子商務(wù)、電子政務(wù)、電子銀行業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)和認(rèn)證系統(tǒng)等一些對(duì)安全性要求較高的應(yīng)用產(chǎn)品及應(yīng)用系統(tǒng)。 14:32 98 StrongARM微處理器 Intel StrongARM處理器是采用 ARM體系結(jié)構(gòu)高度集成的 32位RISC微處理器，采用在軟件上兼容 ARMv4體系結(jié)構(gòu)、同時(shí)采用具有 Intel技術(shù) 優(yōu)點(diǎn)的 體系結(jié)構(gòu) 。典型產(chǎn)品如 SA110 處理器、SA1100、 SA1110PDA系統(tǒng)芯片和 SA1500多媒體處理器芯片等。例如其中的 Intel StrongARM SA1110 微處理器是一款集成了 32位 StrongARM RISC處理器核、系統(tǒng)支持邏輯、 多通信通道 、 LCD控制器、存儲(chǔ)器和 PCMCIA控制器以及通用 I/O口的高集成度通信控制器。該處理器最高可在 206 MHz下運(yùn)行。 SA1110有一個(gè)大的指令 Cache和數(shù)據(jù) Cache、內(nèi)存管理單元（ MMU）和讀 /寫緩存。存儲(chǔ)器總線可以和包括 SDRAM、 SMROM 和類似 SRAM的許多器件相接。軟件與 ARM V4結(jié)構(gòu)處理器家族相兼容。 Intel StrongARM處理器是便攜式通訊產(chǎn)品和消費(fèi)類電子產(chǎn)品的理想選擇。 14:32 99 XScale微處理器 Intel XScale微體系結(jié)構(gòu)提供了一種全新的、高性價(jià)比、低功耗且基于 ARMv5TE體系結(jié)構(gòu)的解決方案，支持 16位 Thumb指令和 DSP擴(kuò)充?；?XScale技術(shù)開發(fā)的微處理器，可用于手機(jī)、便攜式終端 (PDA)、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備、骨干網(wǎng) (BackBone)路由器等。 XScale處理器的處理速度是 Intel StrongARM處理速度的兩倍，數(shù)據(jù) Cache的容量從 8KB增加到 32KB，指令 Cache的容量從16KB增加到 32KB，微小數(shù)據(jù) Cache的容量從 512B增加到 2KB；為了提高指令的執(zhí)行速度，超級(jí)流水線結(jié)構(gòu)由 5級(jí)增至 7級(jí)；新增乘 /加法器 MAC和特定的 DSP型協(xié)處理器，以提高對(duì)多媒體技術(shù)的支持；動(dòng)態(tài)電源管理，使 XScale處理器的時(shí)鐘可達(dá) 1GHz、功耗，并能達(dá)到 1200MIPS。 14:32 100 XScale微處理器 XScale微處理器架構(gòu)經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，核心采用了英特爾先進(jìn)的 工藝技術(shù)制造；具備低功耗特性，適用范圍從～ 。同時(shí)，它的時(shí)鐘工作頻率將接近 1GHz。 XScale與StrongARM相比，可大幅降低工作電壓并且獲得更高的性能。具體來講，在目前的 StrongARM中，在 133MHz的工作頻率，在 206MHz的工作頻率；而采用XScale后，在 150MHz，在 可以達(dá)到 400MHz，在 800MHz。超低功率與高性能的組合使 Intel XScale適用于廣泛的互聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備，在因特網(wǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，從手持互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備到互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品， Intel XScale都表現(xiàn)出了令人滿意的處理性能。 Intel采用 XScale架構(gòu)的嵌入式處理器典型產(chǎn)品有 PXA25x、PXA26x和 PXA27x系列。 14:32 101 ARM微處理器的寄存器結(jié)構(gòu) 處理器的運(yùn)行模式 處理器的工作狀態(tài) 處理器的寄存器組織 Thumb狀態(tài)的寄存器集 14:32 102 ARM微處理器的寄存器結(jié)構(gòu) ● ARM處理器共有 37個(gè)寄存器，被分為若干個(gè)組（ BANK），這些寄器包括： ● 31個(gè)通用寄存器，包括程序計(jì)數(shù)器（ PC指針），均為 32位的寄存器。 ● 6個(gè)狀態(tài)寄存器，用以標(biāo)識(shí) CPU的工作狀態(tài)及程序的運(yùn)行狀態(tài)，均為 32位，目前只使用了其中的一部分。 14:32 103 處理器的運(yùn)行模式 ARM微處理器支持 7種運(yùn)行模式，分別為： ● usr(用戶模式 )： ARM處理器正常程序執(zhí)行模式。 ● fiq(快速中斷模式 )：用于高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理 ● irq(外部中斷模式 )：用于通用的中斷處理 ● svc(管理模式 )：操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模式 ● abt (數(shù)據(jù)訪問終止模式 )：當(dāng)數(shù)據(jù)或指令預(yù)取終止時(shí)進(jìn)入該模式，可用于虛擬存儲(chǔ)及存儲(chǔ)保護(hù)。 ● sys(系統(tǒng)模式 )：運(yùn)行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù)。 ● und(未定義指令中止模式 )：當(dāng)未定義的指令執(zhí)行時(shí)進(jìn)入該模式，可用于支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真。 14:32 104 ARM微處理器支持 7種運(yùn)行模式 CPSR［ 4:0］ 模式 用途 可訪問的寄存器 10000 用戶 正常用戶模式， 程序正常執(zhí)行模式 PC， R14R0， CPSR 10001 FIQ 處理快速中斷 ,支持高速數(shù)據(jù)傳送或通道處理