【正文】 過(guò) Load/Store結(jié)構(gòu)在內(nèi)存和寄存器之間傳遞數(shù)據(jù)?！　?(6) 指令長(zhǎng)度固定。這些技術(shù)包括：　 　 (1) 在同一條數(shù)據(jù)處理指令中包含算術(shù)邏輯處理單元，以進(jìn)行算術(shù)處理和移位處理。　 　 (3) Load/Store指令可以批量傳輸數(shù)據(jù)，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省? 第 2章　嵌入式處理器 ARM處理器系列ARM微處理器目前包括下面幾個(gè)系列： ● ARM7 系列● ARM9 系列● ARM9E 系列● ARM10 系列● SecurCore系列● Intel 的 StrongARM● Intel的 Xscale 第 2章　嵌入式處理器 　　 1． ARM7微處理器系列　 　 ARM7系列微處理器為低功耗的 32位 RISC處理器，最適合對(duì)價(jià)位和功耗要求較高的消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用?！?　 (2) 極低的功耗，適合對(duì)功耗要求較高的應(yīng)用，如便攜式產(chǎn)品?！　?(4) 代碼密度高并兼容 16位的 Thumb指令集?！?　 (6) 指令系統(tǒng)與 ARM9系列、 ARM9E系列和 ARM10系列兼容，便于用戶的產(chǎn)品升級(jí)換代?！　?ARM7系列微處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋汗I(yè)控制、Inter設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備、移動(dòng)電話等多種多媒體和嵌入式應(yīng)用。 ARM7 TDMI是從最早實(shí)現(xiàn)了 32位地址空間編程模式的 ARM6核發(fā)展而來(lái)的，可以穩(wěn)定地在低于5 V的電源電壓下可靠工作，并且增加了 64位乘法指令，支持片上調(diào)試、 Thumb指令集、嵌入式 ICE片上斷點(diǎn)和觀察點(diǎn)。 第 2章　嵌入式處理器 　 　 本書(shū)所介紹的 Samsung公司的 S3C44BOX即屬于該系列的處理器。第 2章　嵌入式處理器 　　 * ARM7 20T　　 ARM7 20T是在 ARM7 TDMI處理器核的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)8 KB的指令和數(shù)據(jù)混合的 Cache。 ARM7 20T最適合于有低功耗和小體積要求的應(yīng)用。 第 2章　嵌入式處理器 　 　 2． ARM9微處理器系列　　 ARM9系列微處理器是在高性能和低功耗特性方面最佳的硬件宏單元。在相同工藝條件下， ARM9 TDMI的性能近似為 ARM7 TDMI的 2倍?！　?(2) 提供 MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)?！　?(4) 支持 32位的高速 AMBA總線接口?！　?(6) MPU支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。 第 2章　嵌入式處理器 圖 22 ARM9系列微處理器的組成 第 2章　嵌入式處理器 　　 * ARM9 20T和 ARM9 22T　　 ● 全性能的 MMU　 　 MMU采用系統(tǒng)控制協(xié)處理器 CP15控制存儲(chǔ)器管理結(jié)構(gòu)。此外， ARM9 20T的 MMU中支持可選擇的 TLB環(huán)鎖定，以保證關(guān)鍵進(jìn)程的轉(zhuǎn)換頁(yè)不會(huì)被清除。 其中，指令 Cache為只讀，數(shù)據(jù) Cache采用寫(xiě)回 (CopyBack)策略?！　?● 存儲(chǔ)器保護(hù)單元　　由于 ARM9 40T采用分開(kāi)的指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，因此存儲(chǔ)器保護(hù)單元也是分開(kāi)的。許多嵌入式系統(tǒng)不需要地址轉(zhuǎn)換，而且由于整個(gè)MMU占有很大的芯片面積，因此去掉 MMU可以大大降低成本。　　 ● 高速 AMBA總線接口 第 2章　嵌入式處理器 　 　 3． ARM9E微處理器系列　 　 ARM9E系列微處理器為可綜合處理器，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，極大地減少了芯片的面積和系統(tǒng)的復(fù)雜程度。　　 ARM9E系列微處理器的主要特點(diǎn)如下：　　 (1) 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。　　 (3) 支持 32位 ARM指令集和 16位 Thumb指令集。　　 (5) 支持 VFP9浮點(diǎn)運(yùn)算協(xié)處理器?！　?(7) MPU支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)?！　?(9) 主頻最高可達(dá) 300 MHz?！　?ARM9E系列微處理器的組成如圖 23所示。 第 2章　嵌入式處理器 　　 * ARM946ES　 　 集成了存儲(chǔ)器保護(hù)單元，提供實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)的Cache核方案?！?　 * ARM966ES　　 ARM966ES中沒(méi)有 Cache， 但是集成了一個(gè)緊密耦合的SRAM，該 SRAM映射到固定的存儲(chǔ)器地址，并且存儲(chǔ)器的大小可以變化。 第 2章　嵌入式處理器 　　 4． ARM10微處理器系列　 　 ARM10系列微處理器屬于 ARM處理器核中的高端處理器核，具有高性能、低功耗的特點(diǎn)。同時(shí)， ARM10系列微處理器采用了兩種先進(jìn)的節(jié)能方式，使其功耗極低。　　 (2) 6級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高?！　?(4) 支持 32位的高速 AMBA總線接口?！?　 (6) 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)?！　?(8) 主頻最高可達(dá) 400 MHz。 第 2章　嵌入式處理器 　 　 ARM各種各樣的向量浮點(diǎn) (VFP， Vector Floating Point)協(xié)處理器為 ARM10 系列的處理器核增加了全浮點(diǎn)操作。此外， ARM VFP的向量處理能力還為圖像方面的應(yīng)用提供了更多的性能?！　?ARM10系列微處理器的組成如圖 24所示。因此， SecurCore系列微處理器除了具有 ARM體系結(jié)構(gòu)的低功耗、高性能的特點(diǎn)外，還具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)?！　?(2) 采用軟內(nèi)核技術(shù)，防止外部對(duì)其進(jìn)行掃描探測(cè)。 　第 2章　嵌入式處理器 　　 6． StrongARM微處理器系列　　 1995年， ARM、 Apple和 DEC公司聯(lián)合聲明將開(kāi)發(fā)一種應(yīng)用于 PDA的高性能、低功耗、基于 ARM體系結(jié)構(gòu)的StrongARM微處理器。 StrongARM SA110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，它融合了 Intel公司的設(shè)計(jì)和處理技術(shù)以及 ARM體系結(jié)構(gòu)的電源效率，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)。　 　 (2) 除了 64位乘法、多寄存器傳送和存儲(chǔ)器 /寄存器交換指令外，其他所有普通指令均是單周期指令?！　?(4) 不論處理器的時(shí)鐘頻率有多高，乘法器均每周期計(jì)算 12位，用 1～ 3個(gè)時(shí)鐘周期計(jì)算兩個(gè) 3位操作數(shù)的乘法。 第 2章　嵌入式處理器 　 　 (5) 使用系統(tǒng)控制協(xié)處理器來(lái)管理片上 MMU和 Cache資源，并且集成了 JTAG邊界掃描測(cè)試電路以支持印制板連接測(cè)試。 第 2章　嵌入式處理器 　　 7． Xscale處理器　 　 Intel Xscale處理器基于 ARMv5TE體系結(jié)構(gòu)，是一款全性能、高性價(jià)比、低功耗的處理器。基于 Xscale技術(shù)開(kāi)發(fā)的系列微處理器，由于超低功率與高性能的組合使其適用于廣泛的互聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備，在因特網(wǎng)的各個(gè)應(yīng)用環(huán)節(jié)中表現(xiàn)出了令人滿意的處理性能。該處理器架構(gòu)經(jīng)過(guò)專門(mén)設(shè)計(jì)，核心采用了 Intel公司先進(jìn)的 μ m工藝技術(shù)制造，處理速度是 Intel StrongARM處理速度的 2倍，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也有了相應(yīng)的變化?！　?(2) 指令 Cache的容量從 16 KB增加到 32 KB?！?　 (4) 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)?！　?(6) 動(dòng)態(tài)電源管理，使時(shí)鐘頻率可達(dá) 1 GHz， 功耗低至 W， 并能達(dá)到 1200 MIPS。到目前為止， ARM體系的指令集功能形成了多種版本；同時(shí)，各版本中還發(fā)展了一些變種，這些變種定義了該版本指令集中不同的功能；在應(yīng)用時(shí)，不同的處理器設(shè)計(jì)中采用了相適應(yīng)的體系 結(jié)構(gòu)。該 6種版本的 ARM指令集體系結(jié)構(gòu)如下。版本 v1的地址空間是 26位，僅支持 26位尋址空間，不支持乘法或協(xié)處理器指令。 第 2章　嵌入式處理器 　　版本 v1包括下列指令：　　 (1) 基本的數(shù)據(jù)處理指令 (不包括乘法指令 )?！?　 (3) 分支 (Branch)指令，包括設(shè)計(jì)用于子程序調(diào)用的分支與鏈接指令。　　版本 v1現(xiàn)已廢棄不用。 版本 v2仍然只支持 26位的地址空間，但包含了對(duì) 32位結(jié)果的乘法指令和協(xié)處理器的支持。 版本 v2a增加了稱為SWP和 SWPB的原子性加載和存儲(chǔ)指令 (合并了 Load和 Store操作的指令 )，并引入了協(xié)處理器 15作為系統(tǒng)控制協(xié)處理器來(lái)管理Cache?！　?(2) 增加了支持協(xié)處理器的指令。　　 (4) 增加了 SWP指令和 SWPB指令。 第 2章　嵌入式處理器 　　 3) 版本 v3　 　 ARM作為獨(dú)立的公司，在 1990年設(shè)計(jì)的第一個(gè)微處理器 ARM6采用的是版本 v3的體系結(jié)構(gòu)。　　版本 v3的變種版本有版本 v3G和版本 v3M。 第 2章　嵌入式處理器 　　版本 v3將尋址范圍擴(kuò)展到了 32位；程序狀態(tài)信息由過(guò)去存于寄存器 R15中轉(zhuǎn)移到一個(gè)新增的當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器CPSR(Current Program Status Register)中；再者，還增加了程序狀態(tài)保存寄存器 SPSR(Saved Program Status Register)， 以便當(dāng)異常情況出現(xiàn)時(shí)保留 CPSR的內(nèi)容；并在此基礎(chǔ)上，增加了未定義和異常中止模式，以便在監(jiān)控模式下支持協(xié)處理器仿真和虛擬存儲(chǔ)器。　 　 (2) 分開(kāi)的當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器 CPSR和程序狀態(tài)保證寄存器 SPSR。　 　 (4) 增加了兩個(gè)指令 (MRS和 MSR)， 以允許對(duì)新增的 CPSR和SPSR寄存器進(jìn)行讀 /寫(xiě)。 第 2章　嵌入式處理器 　　 4) 版本 v4　 　 v4是第一個(gè)具有全部正式定義的體系結(jié)構(gòu)版本，它增加了有符號(hào)、無(wú)符號(hào)半字和有符號(hào)字節(jié)的加載 /存儲(chǔ)指令，并為結(jié)構(gòu)定義的操作預(yù)留一些 SWI空間；引入了系統(tǒng)模式 (使用用戶寄存器的特權(quán)模式 )，并將幾個(gè)未使用指令空間的角落作為未定義指令使用。 第 2章　嵌入式處理器 　　與版本 v3相比，版本 v4作了以下擴(kuò)展：　 　 (1) 增加了有符號(hào)、無(wú)符號(hào)的半字和有符號(hào)字節(jié)的 Load和Store指令?！?　 (3) 增加了處理器的特權(quán)模式?！　“姹?v4不再?gòu)?qiáng)制要求與 26位地址空間兼容，而且還清楚地指明了哪些指令將會(huì)引起未定義指令異常。版本 v5主要由兩個(gè)變種版本 v5T和v5TE組成。版本 v5T是版本 v4T的擴(kuò)展集，加入了BLX、 CLZ和 BRK指令。 第 2章　嵌入式處理器 　　版本 v5主要有如下擴(kuò)展：　　 (1) 提高了 T變種中 ARM/Thumb之間切換的效率?！?　 (3) 增加了一個(gè)計(jì)數(shù)前導(dǎo)零 (Count Leading Zeroes，CLZ)指令，該指令允許更有效的整數(shù)除法和中斷優(yōu)先程序?！　?(5) 為協(xié)處理器設(shè)計(jì)提供了更多的可選擇的指令。 第 2章　嵌入式處理器 　　 6) 版本 v6　　 ARM體系結(jié)構(gòu)版本 v6是 2022年發(fā)布的。通過(guò)追加能夠有效進(jìn)行多媒體處理的 SIMD功能，將其對(duì)語(yǔ)音及圖像的處理功能提高到了原機(jī)型的 4倍。除此之外，版本 v6還支持多種微處理器內(nèi)核。迄今為止， ARM定義了以下一些變種。 Thumb指令 (16位 )的長(zhǎng)度是 ARM指令 (32位 )長(zhǎng)度的一半，因此使用 Thumb指令集可得到比 ARM指令集更高的代碼密度，這對(duì)于降低產(chǎn)品成本是非常有意義的。與 ARM指令集相比， Thumb指令集具有以下兩個(gè)限制：　　 (1) 對(duì)同樣的工作來(lái)說(shuō)， Thumb代碼通常使用更多的指令。 第 2章　嵌入式處理器 　 　 (2) Thumb指令集不包括異常處理所需的指令?！?　 基于上述第 2個(gè)限制， Thumb指令集總是與相應(yīng)版本的 ARM指令集配合使用。與 Thumb版本 v1相比，版本 v2具有如下特點(diǎn)：　　 (1) 通過(guò)增加新的指令和對(duì)已有指令的修改，提高了 ARM指令和 Thumb指令混合使用時(shí)的效率?！　∵@些改變與 ARM體系版本 v4到 v5的擴(kuò)展密切相關(guān)。 第 2章　嵌入式處理器 　　 2) 長(zhǎng)乘法指令 (M變種 )　 　 ARM指令集的長(zhǎng)乘法指令是一種生成 64位相乘結(jié)果的乘法指令?！　⌒枰@種長(zhǎng)乘法的場(chǎng)合 M變種非常適合。 第 2章　嵌入式處理器 　　 M變種首先在 ARM體系版本 v3中引入。對(duì)于支持長(zhǎng)乘法 ARM指令的 ARM體系版本，使用字符 M來(lái)表示。在完成典型的 DSP算法方面，這些附件指令可以增強(qiáng) ARM處理器的性能?！　?(2) 實(shí)現(xiàn)飽和的帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算的加法和減法指令。這種算法在加減法操作溢出時(shí)，結(jié)果并不進(jìn)行卷繞 (Wrapping Around)， 而是使用最大的整數(shù)或最小的負(fù)數(shù)來(lái)表示?！　?(4) Cache預(yù)加載指令 PLD。在版本 v5以前的版本以及在非 M變種和非 T變種的版本中， E變種是無(wú)效的。這種 E變種記作 ExP， 其中 x表示缺少， P代表上述的幾種指令。 Jazelle技術(shù)提供了 Java加速功能，使得 Java代碼的運(yùn)行速度比普通 Java虛擬機(jī)提高了 8倍，而功耗降低了 80%。這樣使得一些必須用到協(xié)處理器和雙處理器的場(chǎng)合可以使用單處理器代替，在提供高性能的同時(shí)保證低功耗和低成本。 第 2章　嵌入式處理器 　　 5) ARM媒體功能擴(kuò)展 (SIMD變種 )　 　 ARM媒體功能擴(kuò)展 SIMD技術(shù)為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)提供了高性能的音頻和視頻處理能力，它可使微處理器的音頻和