科普:ARM版本及系列【ZZ】

时间:2024-03-22 18:39:28

这样的文章初学的时候看到过很多,很多书第一章就是这些东西,但是没入门的时候,看这个完全没有啥感觉,等入门了一点后才会有感觉,就是今天我转载这篇的原因:

 

 ARM公司简介

ARM是Advanced RISC Machines的缩写,它是一家微处理器行业的知名企业,该企业设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC (精简指令集)处理器。 1985年第一个ARM原型在英国剑桥诞生。

公司的特点是只设计芯片,而不生产。它提供ARM技术知识产权(IP)核,将技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商,并提供服务。有ARM7/ARM9等多个版本。除了一些Unix图形工作站外,大多数ARM核心的处理器都使用在嵌入领域。

ARM,既可以认为是一个公司的名字,也可以认为是对一类微处理器的通称,还可以认为是一种技术的名字。

ARM处理器的应用

到目前为止,基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位嵌入式微处理器75%以上的市场份额。

全球80%的GSM/3G手机、99%的CDMA手机以及绝大多数PDA产品均采用ARM体系的嵌入式处理器。

“掌上计算”相关的所有领域皆为其所主宰。

主要应用:消费类电子,无线、图像应用开放平台、存储、自动化、智能卡、SIM卡等。

ARM处理器的三大特点:耗电少功能强、16位/32位双指令集、众多合作伙伴。

科普:ARM版本及系列【ZZ】

各ARM体系结构版本

ARM体系结构从最初开发到现在有了很大的改进,并仍在完善和发展。

为了清楚地表达每个ARM应用实例所使用的指令集,ARM公司定义了6种主要的ARM指令集体系结构版本,以版本号V1~V6表示

ARM版本Ⅰ: V1版架构

该版架构只在原型机ARM1出现过,只有26位的寻址空间,没有用于商业产品。

其基本性能有:

基本的数据处理指令(无乘法);

基于字节、半字和字的Load/Store指令;

转移指令,包括子程序调用及链接指令;

供操作系统使用的软件中断指令SWI;

寻址空间:64MB(226)。

ARM版本Ⅱ: V2版架构

该版架构对V1版进行了扩展,例如ARM2和ARM3(V2a)架构。包含了对32位乘法指令和协处理器指令的支持。

版本2a是版本2的变种,ARM3芯片采用了版本2a,是第一片采用片上Cache的ARM处理器。同样为26位寻址空间,现在已经废弃不再使用。

V2版架构与版本V1相比,增加了以下功能:

乘法和乘加指令;

支持协处理器操作指令;

快速中断模式;

SWP/SWPB的最基本存储器与寄存器交换指令;

寻址空间:64MB。

ARM版本Ⅲ : V3版架构

ARM作为独立的公司,在1990年设计的第一个微处理器采用的是版本3的ARM6。它作为IP核、独立的处理器、具有片上高速缓存、MMU和写缓冲的集成CPU。

变种版本有3G和3M。版本3G是不与版本2a向前兼容的版本3,版本3M引入了有符号和无符号数乘法和乘加指令,这些指令产生全部64位结果。

V3版架构( 目前已废弃 )对ARM体系结构作了较大的改动:

寻址空间增至32位(4GB);

当前程序状态信息从原来的R15寄存器移到当前程序状态寄存器CPSR中(Current Program Status Register);

增加了程序状态保存寄存器SPSR(Saved Program Status Register);

增加了两种异常模式,使操作系统代码可方便地使用数据访问中止异常、指令预取中止异常和未定义指令异常。;

增加了MRS/MSR指令,以访问新增的CPSR/SPSR寄存器;

增加了从异常处理返回的指令功能。

ARM版本Ⅳ : V4版架构

V4版架构在V3版上作了进一步扩充,V4版架构是目前应用最广的ARM体系结构,ARM7、ARM8、ARM9和StrongARM都采用该架构。

V4不再强制要求与26位地址空间兼容,而且还明确了哪些指令会引起未定义指令异常。

指令集中增加了以下功能:

符号化和非符号化半字及符号化字节的存/取指令;

增加了T变种,处理器可工作在Thumb状态,增加了16位Thumb指令集;

完善了软件中断SWI指令的功能;

处理器系统模式引进特权方式时使用用户寄存器操作;

把一些未使用的指令空间捕获为未定义指令

ARM版本Ⅴ : V5版架构

V5版架构是在V4版基础上增加了一些新的指令,ARM10和Xscale都采用该版架构。

这些新增命令有:

带有链接和交换的转移BLX指令;

计数前导零CLZ指令;

BRK中断指令;

增加了数字信号处理指令(V5TE版); 为协处理器增加更多可选择的指令;

改进了ARM/Thumb状态之间的切换效率;

E---增强型DSP指令集,包括全部算法操作和16位乘法操作;

J----支持新的JAVA,提供字节代码执行的硬件和优化软件加速功能。

ARM版本Ⅵ : V6版架构

V6版架构是2001年发布的,首先在2002年春季发布的ARM11处理器中使用。在降低耗电量地同时,还强化了图形处理性能。通过追加有效进行多媒体处理的SIMD(Single Instruction, Multiple Data,单指令多数据 )功能,将语音及图像的处理功能提高到了原型机的4倍。

此架构在V5版基础上增加了以下功能:

THUMBTM:35%代码压缩;

DSP扩充:高性能定点DSP功能;

JazelleTM:Java性能优化,可提高8倍;

Media扩充:音/视频性能优化,可提高4倍

ARM处理器系列

ARM公司开发了很多系列的ARM处理器核,目前最新的系列已经是ARM11。

ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10为4个通用处理器系列。

每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。

ARM7系列

ARM9系列

ARM9E系列

ARM10E系列

ARM11系列

SecurCore系列

Intel的Xscale

Intel的StrongARM

ARM7微处理器系列

低功耗的32位RISC处理器,冯·诺依曼结构。极低的功耗,适合便携式产品。

具有嵌入式ICE-RT逻辑,调试开发方便。

3级流水线结构。能够提供0.9MIPS的三级流水线结构

代码密度高,兼容16位的Thumb指令集。

对操作系统的支持广泛,包括Windows CE、Linux、Palm OS等。

指令系统与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容,便于用户的产品升级换代。

主频最高可达130MIPS。

主要应用领域:工业控制、Internet设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。

ARM7TDMI微处理器

4种类型:

ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。

ARM7TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器,属低端ARM处理器核。

注:“ARM核”并不是芯片,ARM核与其它部件如RAM、ROM、片内外设组合在一起才能构成现实的芯片。

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ARM7TDMI内部结构

组成:处理器核、用于边界扫描的TAP控制器、在线仿真器ICE。

双向数据总线D[31:0]被分割成单向输入和输出总线,以便于与外部存储器兼容。

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ARM7TDMI的模块和内核框图

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ARM7TDMI功能信号图

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ARM9微处理器系列

ARM9系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。

5级整数流水线,

哈佛体系结构。

支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。

全性能的MMU,支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统。

支持数据Cache和指令Cache,具有更高的指令和数据处理能力。

主要应用:无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数码照相机和数码摄像机。

3种类型:ARM920T、ARM922T和ARM940T。

ARM9E微处理器系列

单一处理器内核提供微控制器、DSP、Java应用系统的解决方案。

支持DSP指令集。

5级整数流水线,指令执行效率更高。

支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。

支持VFP9浮点处理协处理器。

全性能的MMU,支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统。

MPU支持实时操作系统。

支持数据Cache和指令Cache,

主频最高可达300MIPS。

主要应用:下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、存储设备和网络设备等领域。

3种类型:ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM966E-S。

ARM10E微处理器系列

与同等的ARM9比较,在同样的时钟频率下,性能提高了近50%,功耗极低。

支持DSP指令集。

6级整数流水线,指令执行效率更高。

支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。

支持VFP10浮点处理协处理器。

全性能的MMU,支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统。

支持数据Cache和指令Cache。

主频最高可达400MIPS。

内嵌并行读/写操作部件。

主要应用:下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、通信和信息系统等领域。

3种类型:ARM1020E、ARM1022E和ARM1026EJ-S。

SecurCore微处理器系列

专为安全需要而设计,提供了完善的32位RISC技术的安全解决方案。

灵活的保护单元,以确保操作系统和应用数据的安全。

采用软内核技术,防止外部对其进行扫描探测。

可集成用户自己的安全特性和其他协处理器。

主要应用:对安全性要求较高的应用产品及应用系统,如电子商务、电子政务、电子银行业务、网络和认证系统等领域。

4种类型:SecurCore SC100、SecurCore SC110、SecurCore SC200和SecurCore SC210。

Xscale处理器

基于ARMv5TE体系结构的解决方案,是一款全性能、高性价比、低功耗的处理器。

支持16位的Thumb指令和DSP指令集。

已使用在数字移动电话、个人数字助理和网络产品等场合。

Xscale处理器是Intel目前主要推广的一款ARM微处理器

ARM系列流水线比较

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ARM系列性能比较

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