ARM系列处理器体系结构

ARM是Advanced RISC Machines的缩写，望文生义，ARM处理器天然也是一种典型的精简指令集处理器。

2、ARM处理器当时只需有6个系列产品：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、SecurCore及最新的ARM11系列。进一步的产品则来自于ARM公司的合作伙伴，如Intel公司的StrongARM产品和XScale微体系结构等，不过Intel公司现已于2006年将该架构出售给Marvell Technology Group Ltd了。ARM公司还把ARM IP Core供给给其它芯片规划公司用于规划ARM+DSP、ARM+FPGA等SOC结构的芯片

3、在ARM处理器内核中有多个功用模块可供出产厂商依据不同用户的不同要求来装备出产。这些模块分别用T、D、M、I、E、J、S等来一共，这些模块一般从处理器的内核版别上能够委任出来。

T：一共支撑Thumb指令，阐明该内核可从16位Thumb指令集扩充到32位ARM指令集。

D：一共支撑Debug，阐明该内核中放置了用于调试的结构，一般它为一个鸿沟扫描链JTAG，可使CPU进入调试形式，然后方便地进行断点设置、单步调试。

M：一共Multiplier，阐明处理器内部带有8位乘法器。

I：一共Embedded ICE(内置仿真器) Logic，用于完成断点观测及变量观测的逻辑电路部分，其间的TAP控制器可接入到鸿沟扫描链。

E：一共DSP Enhancement，即增加了前导零处理和饱满运算等一些常用的DSP运算指令，极大地改进音视频处理程序的功用。

J：一共Jazelle DXB(Direct Bytecode eXecution)，这是ARM公司推出的Java加快解决方案。Jazelle不是一个简略的加快硬件，它是融入于处理器流水线之中的一项专门针对Java指令碑文的硬件功用，使得CPU能够直接接纳一部分Java指令，并加以译码碑文。

S：一共可归纳的软核softcore。

4、ARM7处理器：ARM7处理器选用了ARMV4T(冯-诺依曼)体系结构，这种体系结构将程序指令存储器和数据存储器兼并在一起。首要特色便是程序和数据共用一个存储空间，程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理方位，选用单一的地址和数据总线，程序指令和数据的宽度相同。这样，处理器在碑文指令时，有必要先从存储器中取出指令进行译码，再取操作数碑文运算。整体来说，ARM7体系结构具有三级流水线、空间一致的指令与数据Cache、均匀功耗为0.6mW/MHz、时钟速度为66MHz、每条指令均匀碑文1.9个时钟周期等特性。其间的ARM710、ARM720和AEM740为内带Cache的ARM核。现在干流的ARM内核是ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM7EJ-S、ARM720T。一般来说，前两三年大部分手机基带部分的运用处理器基本上都以ARM7为主。还有许多的通讯模块，如CDMA模块、GPRS模块和GPS模块中都含有ARM7处理器。

5、ARM9、ARM9E处理器：ARM9处理器选用ARMV4T(哈佛)体系结构。这种体系结构是一种将程序指令存储器和数据存储器分隔的存储器结构，是一种并行体系结构。其首要特色是程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器。它们是两个彼此独立的存储器，每个存储器独立编址、独立拜访。与两个存储器相对应的是体系的4套总线，程序的数据总线和地址总线，数据的数据总线和地址总线。这种别离的程序总线和数据总线可答应在一个机器周期内一起获取指令字和操作数，然后进步了碑文速度，使数据的吞吐量进步了已一倍。又我们程序和数据存储器在两个分隔的物理空间中，因此取指和碑文能彻底堆叠。ARM选用五级流水线及别离的Cache结构，均匀功耗为0.7mW/MHz。时钟速度为120~200MHz，每条指令均匀碑文1.5个时钟周期。其间，ARM920、ARM940和ARM9E处理器均为含有Cache的CPU内核，功用为132MIPS(120MHz时钟，3.3V供电)或200MIPS(200MHz时钟)。常用于无线设备、仪器仪表、联网设备、机顶盒设备、高端打印机以及数码相机等运用中。ARM9E内核在ARM内核的基础上增加了严密耦合存储器的TCM及DSP部分。现在干流的ARM9内核是ARM920T、ARM922T、ARM940。干流的ARM9E内核有ARM926EJ-S、ARM946SJ-S、ARM966EJ-S等。现在俗语上常见的PDA，比如说PocketPC中一般都是用ARM9处理器。

10、ARM10E处理器：ARM10E处理器选用ARMVST体系结构，能够分为6级流水线处理，选用指令与数据别离的Cache结构，均匀功耗1000mW，时钟速度为300MHz，每条指令均匀碑文1.2个时钟周期。ARM10TDMI与一切的ARM核在二进制级代码中兼容，内带高速32*16MAC，预留DSP协处理器接口。其间的VFP10(向量浮点单元)为七级流水线结构。其间的ARM1020T处理器是由ARM10TDMI、32KB指令、数据Caches及MCU部分构成的。其体系时钟高达300MHz，指令Cache和数据Cache分别为32KB，数据宽度为64位，能够支撑多种商用操作体系，适用于下一代高功用手持式因特网设备及数字式消费类运用。干流的ARM10内核是ARM1020E、ARM1022E，ARM1026EJ-S等。

11、SecurCore处理器：SecurCore系列处理器供给了根据高功用的32位RISC技能的安全解决方案，该系列处理器具有体积小、功耗低、代码密度大和功用高级特色。别的最为特别的便是该系列处理器供给了安全解决方案的支撑。选用软内核技能，以供给最大极限的灵敏性，以及避免外部对其进行扫描勘探，供给面向智能卡的和低成本的存储维护单元MPU，能够灵敏地集成用户自己的安全特性和其他的协处理器，现在含有SC100、SC110、SC200、SC210四种产品。

12、StrongARM处理器：StrongARM处理器选用ARMV4T的五级流水线体系结构。现在有SA110、SA1100、SA1110等3个版别。别的，Intel公司的根据ARMV5TE体系结构的XScale PXA27x系列处理器，与StrongARM比较，增加了I/D Cache，而且介入了部分DSP功用，更适合于移动多媒体运用。现在俗语上的大部分智能手机的中心处理器便是XScale系列处理器。

13、ARM11处理器：ARM11处理器系列能够在运用130nm代工厂技能、小至2.2 芯片面积和低至0.2mW/MHz的前提下到达高达500MHz的功用体现。ARM11选用的是8级流水线结构。ARM11处理器系列以很多消费产品俗语为方针，推出了许多新的技能，包含针对媒体处理的SIMD，用以进步安全功用的TrustZone技能，智能能源管理(IEM)，以及需求十分高的、可晋级的超越2600Dhrystone 2.1 MIPS功用的体系多处理技能。首要的ARM11处理器有ARM136JF-S、ARM1156T2F-S、ARM1176JZF-S、ARM11 MCORE等多种。

1.4 ARM处理器的作业形式

1、BSP：Board Support Package-板级支撑包

2、正在碑文Thumb指令集的处理器是作业在Thumb状况下的。相同，正在碑文ARM指令集的处理器是作业在ARM状况下的。ARM状况下的处理器不能碑文Thumb指令，在Thumb状况下的处理器也不能碑文ARM指令。有必要保证处理器不接受对当时来说为过错指令集的指令。每个指令集都包含切换处理器状况的指令。ARM处理器总是在ARM状况下开端碑文代码。ARM处理器支撑7种处理器形式，取决于体系结构版别。

3、ARM处理器共有7种运转形式，如下表所示：

除了用户形式外，其它6种处理器形式能够称为特权形式，在这些形式下，程序能够拜访一切的体系资源，也能够恣意的进行处理器形式的切换。其间除了体系形式外的其它5种特权形式又称为反常形式。处理器形式能够经过软件来切换，在ARM Linux操作体系中，只要运转在内核态的程序才有或许更改处理器形式，用户态的程序是不能拜访受操作体系维护的体系资源的，更不能直接进行处理器形式的切换。当需求处理器形式切换的时分，用户态的程序能够间断，内核态的间断处理程序开端呼应并作出处理。