原创 [博客大赛]ARM微处理器概述

1  ARM－Advanced RISC Machines

ARM（Advanced RISC Machines），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公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM公司的授权，因此既使得ARM技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。

2  ARM微处理器的应用领域及特点

2.1  ARM微处理器的应用领域

到目前为止，ARM微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域：

1、工业控制领域：作为32的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。

2、无线通讯领域：目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM技术， ARM以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。

3、网络应用：随着宽带技术的推广，采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM在语音及视频处理上行了优化，并获得广泛支持，也对DSP的应用领域提出了挑战。

4、消费类电子产品：ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。

5、成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术。

除此以外，ARM微处理器及技术还应用到许多不同的领域，并会在将来取得更加广泛的应用。

3  ARM微处理器系列

ARM微处理器目前包括下面几个系列，以及其它厂商基于ARM体系结构的处理器，除了具有ARM体系结构的共同特点以外，每一个系列的ARM微处理器都有各自的特点和应用领域。

－    ARM7系列

－    ARM9系列

－    ARM9E系列

－    ARM10E系列

－    SecurCore系列

－    Inter的Xscale

－    Inter的StrongARM

其中，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。SecurCore系列专门为安全要求较高的应用而设计。

以下我们来详细了解一下各种处理器的特点及应用领域。

3.1  ARM7微处理器系列

ARM7系列微处理器为低功耗的32位RISC处理器，最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。ARM7微处理器系列具有如下特点：

－    具有嵌入式ICE－RT逻辑，调试开发方便。

－    极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。

－    能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构。

－    代码密度高并兼容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，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用。

ARM7系列微处理器的主要应用领域为：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。

ARM7系列微处理器包括如下几种类型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、

ARM720T、ARM7EJ。其中，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。TDMI的基本含义为：

T： 支持16为压缩指令集Thumb；

D： 支持片上Debug；

M：内嵌硬件乘法器（Multiplier）

I：  嵌入式ICE，支持片上断点和调试点；

本书所介绍的Samsung公司的S3C4510B即属于该系列的处理器。

3.2  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。具有以下特点：

－    5级整数流水线，指令执行效率更高。

－    提供1.1MIPS/MHz的哈佛结构。

－    支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。

－    支持32位的高速AMBA总线接口。

－    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，具有更高的指令和数据处理能力。

ARM9系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数字摄像机等。

ARM9系列微处理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三种类型，以适用于不同的应用场合。

3.3  ARM9E微处理器系列

ARM9E系列微处理器为可综合处理器，使用单一的处理器内核提供了微控制器、DSP、Java应用系统的解决方案，极大的减少了芯片的面积和系统的复杂程度。ARM9E系列微处理器提供了增强的DSP处理能力，很适合于那些需要同时使用DSP和微控制器的应用场合。

ARM9E系列微处理器的主要特点如下：

－    支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。

－    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32位的高速AMBA总线接口。

－    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，具有更高的指令和数据处理能力。

－    主频最高可达300MIPS。

ARM9系列微处理器主要应用于下一代无线设备、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。

ARM9E系列微处理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM966E-S三种类型，以适用于不同的应用场合。

3.4  ARM10E微处理器系列

ARM10E系列微处理器具有高性能、低功耗的特点，由于采用了新的体系结构，与同等的ARM9器件相比较，在同样的时钟频率下，性能提高了近50％，同时，ARM10E系列微处理器采用了两种先进的节能方式，使其功耗极低。

ARM10E系列微处理器的主要特点如下：

－    支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。

－    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32位的高速AMBA总线接口。

－    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，具有更高的指令和数据处理能力

－    主频最高可达400MIPS。

－    内嵌并行读/写操作部件。

ARM10E系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、通信和信息系统等领域。

ARM10E系列微处理器包含ARM1020E、ARM1022E和ARM1026EJ-S三种类型，以适用于不同的应用场合。

3.5  SecurCore微处理器系列

SecurCore系列微处理器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，因此，SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构的低功耗、高性能的特点外，还具有其独特的优势，即提供了对安全解决方案的支持。

SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构各种主要特点外，还在系统安全方面具有如下的特点：

－    带有灵活的保护单元，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。

SecurCore系列微处理器主要应用于一些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。

SecurCore系列微处理器包含SecurCore SC100、SecurCore SC110、SecurCore SC200和SecurCore SC210四种类型，以适用于不同的应用场合。

3.6  StrongARM微处理器系列

Inter StrongARM SA-1100处理器是采用ARM体系结构高度集成的32位RISC微处理器。它融合了Inter公司的设计和处理技术以及ARM体系结构的电源效率，采用在软件上兼容ARMv4体系结构、同时采用具有Intel技术优点的体系结构。

Intel StrongARM处理器是便携式通讯产品和消费类电子产品的理想选择，已成功应用于多家公司的掌上电脑系列产品。

3.7  Xscale处理器

Xscale 处理器是基于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。它支持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Inter目前主要推广的一款ARM微处理器。