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ARM基础知识教程(一):ARM简介

ARM(AdvancedRISCMachines)是微处理器行业的一家知名企业,设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具

ARM(Advanced RISC Machines)是微处理器职业的一家闻名企业,规划了很多高功用、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技能及软件。技能具有功用高、本钱低和能耗省的特色。适用于多种范畴,比方嵌入操控、消费/教育类多媒体、DSP和移动式运用等。

  ARM将其技能授权给世界上许多闻名的半导体、软件和OEM厂商,每个厂商得到的都是一套绝无仅有的ARM相关技能及服务。运用这种合伙联系,ARM很快成为许多全球性RISC规范的缔造者。
  现在,总共有30家半导体公司与ARM签订了硬件技能运用答应协议,其间包含Intel、IBM、LG半导体、NEC、SONY、菲利浦和国民半导体这样的大公司。至于软件系统的合伙人,则包含微软、升阳和MRI等一系列闻名公司。
  ARM架构是面向低预算商场规划的第一款RISC微处理器。

  2.产品介绍
  ARM供给一系列内核、系统扩展、微处理器和系统芯片计划。
因为一切产品均选用一个通用的软件系统,所以相同的软件可在一切产品中运转(理论上如此)。典型的产品如下。
   (1)CPU内核
   –ARM7:小型、快速、低能耗、集成式RISC内核,用于移动通讯。
  – ARM7TDMI(Thumb):这是公司授权用户最多的一项产品,将ARM7指令集同Thumb扩展组合在一起,以削减内存容量和系统本钱。
一起,它还运用嵌入式ICE调试技能来简化系统规划,并用一个DSP增强扩展来改善功用。该产品的典型用处是数字蜂窝电话和硬盘驱动器。
  –ARM9TDMI:选用5阶段管道化ARM9内核,一起装备Thumb扩展、调试和Harvard总线。在出产工艺相同的情况下,功用可达ARM7TDMI的两倍之多。常用于连网和顶置盒。
  (2)系统扩展
  – Thumb:以16位系统的本钱,供给32位RISC功用,特别注意的是它所需的内存容量十分小。
  (3)嵌入式ICE调试
  因为集成了相似于ICE的CPU内核调试技能,所以原型规划和系统芯片的调试得到了极大的简化。
  (4)微处理器
  –ARM710系列,包含ARM710、ARM710T、ARM720T和ARM740T:贱价、低能耗、封装式惯例系统微型处理器,配有高速缓存
(Cache)、内存办理、写缓冲和JTAG。广泛运用于手持式核算、数据通讯和消费类多媒体。
   –ARM940T、920T系列:贱价、低能耗、高功用系统微处理器,配有Cache、内存办理和写缓冲。运用于高级引擎办理、保安系统、顶置盒、便携核算机和高级打印机。
  –StrongARM:功用很高、一起满意惯例运用需求的一种微处理器技能,与DEC联合研制,后来授权给Intel。SA110处理器、SA1100 PDA系统芯片和SA1500多媒体处理器芯片均选用了这一技能。
  –ARM7500和ARM7500FE:高度集成的单芯片RISC核算机,依据一个缓存式ARM7 32位内核,具有内存和I/O操控器、3个DMA通道、片上视频操控器和调色板以及立体声端口;ARM7500FE则添加了一个浮点运算单元以及对EDO DRAM的支撑。特别合适电视顶置盒和网络核算机(NC)。
Windows CE的Pocket PC只支撑ARMWindows CE可支撑多种嵌入式处理器,但依据Windows CE的Pocket PC则只支撑ARM一种。微软在对SH3、MIPS、ARM等嵌入式处理器做了评价后以为,ARM是一种性价比较好的挑选。因为现在ARM在手持设备商场占有90%以上的比例,只支撑ARM,能够有用地缩短运用程序开发与测验的时刻,也降低了研制费用。因为ARM敞开其处理器授权,因而,用户在商场上能够在多家整机厂商中进行挑选,然后确保了这一商场的竞争性。

ARM结构简介
ARM系列是英国先进RISC机器公司(Advanced RISC Machines,ARM)公司的产品[1]。第一个依据RISC指令集的ARM芯片是在1985年开端规划的,选用的是典型的32位RISC系统结构,其指令具有4位的寄存器地址域,能够拜访R0-R15这16个寄存器。而其他的寄存器只要在特别的情况下才能够拜访到。ARM运用了规范的、固定长度的32位指令格局,一切的ARM指令运用了4位的条件码来决议该指令是否应当履行,这种方法能够处理一些条件分支的问题,然后对代码的密度和功用都有优点.

因为系统结构规划以及器材技能上的特色,使得ARM处理器能够与一些杂乱得多的微处理器相抗衡,特别是在需求很少能耗的嵌入式处理场合。

1990年,ARM公司成立了。在ARM7中,将ARM系统结构彻底扩展到32位(本来的ARM处理器只要26位的地址空间),并将主频提高到40MHz,别的还集成了一个8KB的Cache。比较风趣的是,ARM7能够支撑一种称为”Thumb”的形式,能够运转新的16位指令。这首要是经过在ARM7芯片的指令预取阶段添加一个硬件,完结Thumb指令到正常的32位RISC指令的转换来到达意图的。经过引进Thumb形式,只需求支付很少的硬件价值,就能够将代码的密度提高大约25%-35%,并使得运用的运转更为敏捷。
1995年,ARM、Apple、DEC公司联合声明将开发一种用于PDA的高功用、低功耗的微处理器,首要是依据ARM系统结构的。DEC将自己在MPU规划上的优势带入ARM芯片规划中。一年后,StrongARM SA-110面世了,并成为嵌入式微处理器规划的一个里程碑。
StrongARM SA-110能够作业在200MHz,而能耗不到1瓦。在系统结构上,
StrongARM将本来ARM中的三级流水线扩展到五级,在器材工艺上,很多选用了最新的系统结构和器材技能,大大降低了芯片作业时的能耗。

StrongARM的呈现并不是ARM开展进程上的仅有分支。1996年,ARM8发布了,选用相同的五级流水线,并在72MHz条件下,到达了84MIPS的目标。而在1997年,ARM9内核选用了与StrongARM相同的五级流水线。ARM9TDMI在0.25um工艺条件下,能够在200MHz到达220MIPS的功用。ARM9的别的一个版别ARM9E对SIMD做了增强,包含8位和16位SIMD加法和减法,16位和32位乘法,以及相应的算术操作等.

1997年,Intel接管了StrongARM,并开发了几个后续产品。1998年,Intel开端用0.18um工艺出产StrongARM处理器。在1999年度嵌入式微处理器论坛上,Intel宣告将在其第二代StrongARM中选用7级流水线,并在0.18um工艺条件下,到达600MHz的速度,而能耗将仅仅为不到0.5瓦,一起,将新的微处理器命名为StrongARM Xscale[8]。

ARM9EJ是ARM9E在Java支撑上的增强版别。它选用了相似Thumb的机制,经过很少的硬件价值,使大多数Java虚拟机字节码能够加快履行,更为杂乱的Java虚拟机字节码能够经过软件的方法履行。这样,使得Java虚拟机字节码的履行速度提高了大约8倍左右。这关于嵌入式场合的Java运用无疑是极端有用的。

ARM的成功在于它极高的功用以及极低的能耗,使得它能够与高端的MIPS和PowerPC嵌入式微处理器相抗衡。别的,依据商场需求进行功用的扩展,也是ARM取得成功的一个重要因素。跟着更多厂商的支撑和参加,能够预见,在将来一段时刻之内,ARM仍将操纵32位嵌入式微处理器商场。

ARM取得了极大的成功,世界上简直一切首要的半导体厂商都从ARM公司购买ARM ISA答应。现在ARM系列芯片现已被广泛的运用于移动电话、手持式核算机以及各式各样的嵌入式运用范畴,成为世界上销量最大的32位微处理器。

最新的商场调查标明,ARM占有了整个32位嵌入式微处理器商场的90%。

ARM(Advanced RISC Machines)是微处理器职业的一家闻名企业,规划了很多高功用、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技能及软件。技能具有功用高、本钱低和能耗省的特色。适用于多种范畴,比方嵌入操控、消费/教育类多媒体、DSP和移动式运用等。
  ARM将其技能授权给世界上许多闻名的半导体、软件和OEM厂商,每个厂商得到的都是一套绝无仅有的ARM相关技能及服务。运用这种合伙联系,ARM很快成为许多全球性RISC规范的缔造者。
  现在,总共有30家半导体公司与ARM签订了硬件技能运用答应协议,其间包含Intel、IBM、LG半导体、NEC、SONY、菲利浦和国民半导体这样的大公司。至于软件系统的合伙人,则包含微软、升阳和MRI等一系列闻名公司。
  ARM架构是面向低预算商场规划的第一款RISC微处理器。

  2.产品介绍
  ARM供给一系列内核、系统扩展、微处理器和系统芯片计划。
因为一切产品均选用一个通用的软件系统,所以相同的软件可在一切产品中运转(理论上如此)。典型的产品如下。
   (1)CPU内核
   –ARM7:小型、快速、低能耗、集成式RISC内核,用于移动通讯。
  – ARM7TDMI(Thumb):这是公司授权用户最多的一项产品,将ARM7指令集同Thumb扩展组合在一起,以削减内存容量和系统本钱。
一起,它还运用嵌入式ICE调试技能来简化系统规划,并用一个DSP增强扩展来改善功用。该产品的典型用处是数字蜂窝电话和硬盘驱动器。
  –ARM9TDMI:选用5阶段管道化ARM9内核,一起装备Thumb扩展、调试和Harvard总线。在出产工艺相同的情况下,功用可达ARM7TDMI的两倍之多。常用于连网和顶置盒。
  (2)系统扩展
  – Thumb:以16位系统的本钱,供给32位RISC功用,特别注意的是它所需的内存容量十分小。
  (3)嵌入式ICE调试
  因为集成了相似于ICE的CPU内核调试技能,所以原型规划和系统芯片的调试得到了极大的简化。
  (4)微处理器
  –ARM710系列,包含ARM710、ARM710T、ARM720T和ARM740T:贱价、低能耗、封装式惯例系统微型处理器,配有高速缓存
(Cache)、内存办理、写缓冲和JTAG。广泛运用于手持式核算、数据通讯和消费类多媒体。
   –ARM940T、920T系列:贱价、低能耗、高功用系统微处理器,配有Cache、内存办理和写缓冲。运用于高级引擎办理、保安系统、顶置盒、便携核算机和高级打印机。
  –StrongARM:功用很高、一起满意惯例运用需求的一种微处理器技能,与DEC联合研制,后来授权给Intel。SA110处理器、SA1100 PDA系统芯片和SA1500多媒体处理器芯片均选用了这一技能。
  –ARM7500和ARM7500FE:高度集成的单芯片RISC核算机,依据一个缓存式ARM7 32位内核,具有内存和I/O操控器、3个DMA通道、片上视频操控器和调色板以及立体声端口;ARM7500FE则添加了一个浮点运算单元以及对EDO DRAM的支撑。特别合适电视顶置盒和网络核算机(NC)。
Windows CE的Pocket PC只支撑ARMWindows CE可支撑多种嵌入式处理器,但依据Windows CE的Pocket PC则只支撑ARM一种。微软在对SH3、MIPS、ARM等嵌入式处理器做了评价后以为,ARM是一种性价比较好的挑选。因为现在ARM在手持设备商场占有90%以上的比例,只支撑ARM,能够有用地缩短运用程序开发与测验的时刻,也降低了研制费用。因为ARM敞开其处理器授权,因而,用户在商场上能够在多家整机厂商中进行挑选,然后确保了这一商场的竞争性。

ARM结构简介
ARM系列是英国先进RISC机器公司(Advanced RISC Machines,ARM)公司的产品[1]。第一个依据RISC指令集的ARM芯片是在1985年开端规划的,选用的是典型的32位RISC系统结构,其指令具有4位的寄存器地址域,能够拜访R0-R15这16个寄存器。而其他的寄存器只要在特别的情况下才能够拜访到。ARM运用了规范的、固定长度的32位指令格局,一切的ARM指令运用了4位的条件码来决议该指令是否应当履行,这种方法能够处理一些条件分支的问题,然后对代码的密度和功用都有优点.

因为系统结构规划以及器材技能上的特色,使得ARM处理器能够与一些杂乱得多的微处理器相抗衡,特别是在需求很少能耗的嵌入式处理场合。

1990年,ARM公司成立了。在ARM7中,将ARM系统结构彻底扩展到32位(本来的ARM处理器只要26位的地址空间),并将主频提高到40MHz,别的还集成了一个8KB的Cache。比较风趣的是,ARM7能够支撑一种称为”Thumb”的形式,能够运转新的16位指令。这首要是经过在ARM7芯片的指令预取阶段添加一个硬件,完结Thumb指令到正常的32位RISC指令的转换来到达意图的。经过引进Thumb形式,只需求支付很少的硬件价值,就能够将代码的密度提高大约25%-35%,并使得运用的运转更为敏捷。
1995年,ARM、Apple、DEC公司联合声明将开发一种用于PDA的高功用、低功耗的微处理器,首要是依据ARM系统结构的。DEC将自己在MPU规划上的优势带入ARM芯片规划中。一年后,StrongARM SA-110面世了,并成为嵌入式微处理器规划的一个里程碑。
StrongARM SA-110能够作业在200MHz,而能耗不到1瓦。在系统结构上,
StrongARM将本来ARM中的三级流水线扩展到五级,在器材工艺上,很多选用了最新的系统结构和器材技能,大大降低了芯片作业时的能耗。

StrongARM的呈现并不是ARM开展进程上的仅有分支。1996年,ARM8发布了,选用相同的五级流水线,并在72MHz条件下,到达了84MIPS的目标。而在1997年,ARM9内核选用了与StrongARM相同的五级流水线。ARM9TDMI在0.25um工艺条件下,能够在200MHz到达220MIPS的功用。ARM9的别的一个版别ARM9E对SIMD做了增强,包含8位和16位SIMD加法和减法,16位和32位乘法,以及相应的算术操作等.

1997年,Intel接管了StrongARM,并开发了几个后续产品。1998年,Intel开端用0.18um工艺出产StrongARM处理器。在1999年度嵌入式微处理器论坛上,Intel宣告将在其第二代StrongARM中选用7级流水线,并在0.18um工艺条件下,到达600MHz的速度,而能耗将仅仅为不到0.5瓦,一起,将新的微处理器命名为StrongARM Xscale[8]。

ARM9EJ是ARM9E在Java支撑上的增强版别。它选用了相似Thumb的机制,经过很少的硬件价值,使大多数Java虚拟机字节码能够加快履行,更为杂乱的Java虚拟机字节码能够经过软件的方法履行。这样,使得Java虚拟机字节码的履行速度提高了大约8倍左右。这关于嵌入式场合的Java运用无疑是极端有用的。

ARM的成功在于它极高的功用以及极低的能耗,使得它能够与高端的MIPS和PowerPC嵌入式微处理器相抗衡。别的,依据商场需求进行功用的扩展,也是ARM取得成功的一个重要因素。跟着更多厂商的支撑和参加,能够预见,在将来一段时刻之内,ARM仍将操纵32位嵌入式微处理器商场。

ARM取得了极大的成功,世界上简直一切首要的半导体厂商都从ARM公司购买ARM ISA答应。现在ARM系列芯片现已被广泛的运用于移动电话、手持式核算机以及各式各样的嵌入式运用范畴,成为世界上销量最大的32位微处理器。

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