ARM9处理惩罚器与ARM7处理惩罚器比较

    择要：ARM处理惩罚器是天下上最盛行的嵌入式处理惩罚器，遍及应用于个人私家通讯等嵌入式范畴。ARM7处理惩罚器固然成果强大，但是如今已经开始退出主流应用范畴，代替它的是性能越发强大的ARM9系列处理惩罚器。先容了ARM9处理惩罚器与ARM7处理惩罚器的差别之处，并且给出了ARM9的应用实例。

    关键词：ARM9 ARM7 流水线 指令周期

ARM9系列处理惩罚器是英国ARM公司计划的主流嵌入式处理惩罚器，重要包括ARM9TDMI和ARM9E-S等系列。本文重要先容它们与ARM7TDMI的布局以及性能比较。

以手机应用为例，2G手机只需提供语音及大略的笔墨短信成果，而如今的2．5G和将来的3G手机除了提供这两项成果外，还必须提供种种其他的应用成果。重要包括：(1)无线网络配置：手机上彀、电子邮件及其他定位办事等成果；(2)PDA成果：含有效户操纵体系(Windows CE、Symbian OS、Linux等)及其他成果；(3)高性能成果：音频播放器、视频德律风、手机游戏等。在2．5G和3G的应用中ARM9已经全面更换了ARM7。由于ARM9的新特性可以或许餍足种种新需求的同时淘汰产品研发时间并低落研发用度。

新一代的ARM9处理惩罚器，通过全新的计划，采取了更多的晶体管，可以或许到达两倍以上于ARM7处理惩罚器的处理惩罚本领。这种处理惩罚本领的进步是通过增长时钟频率和淘汰指令实行周期实现的。

1 时钟频率的进步

ARM7处理惩罚器采取3级流水线，而ARM9采取5级流水线，如图1、2、3所示。增长的流水线计划进步了时钟频率和并行处理惩罚本领。5级流水线可以或许将每一个指令处理惩罚分派到5个时钟周期内，在每一个时钟周期内同时有5个指令在实行。在同样的加工工艺下，ARM9TDMI处理惩罚器的时钟频率是ARM7TDMI的1．8～2．2倍。



2 指令周期的改造

指令周期的改造对付处理惩罚器性能的进步有很大的资助。性能进步的幅度依赖于代码实行时指令的重叠，这实际上是步伐本身的题目。对付采取最高级的语言，一样平常来说，性能的进步在30％左右。

2．1 loads 指令矛n stores指令

指令周期数的改造最明显的是loads指令和stores指令。从ARM7到ARM9这两条指令的实行时间淘汰了30％。指令周期的淘汰是由于ARM7和ARM9两种处理惩罚器内的两个根本的微处理惩罚布局差别所导致的。

(1)ARM9有独立的指令和数据存储器接口，容许处理惩罚器同时举行取指和读写数据。这叫作改造型哈佛布局。而ARM7只有数据存储器接口，它同时用来取指令和数据访问。

(2)5级流水线引入了独立的存储器和写回流水线，分别用来访问存储器和将结果写回寄存器。

以上两点实现了一个周期完成loads指令和stores指令。

2．2 互锁(interlocks)技能

当指令必要的数据由于过去的指令没有实行完而没有准备好就会孕育产生管道互锁。当管道互锁产生时，硬件会克制这个指令的实行，直到数据准备好为止。固然这种技能会增长代码实行时间，但是为初期的计划者提供了巨大的方便。编译器以及汇编步伐员可以通过重新计划代码的次序大概其他要领来淘汰管道互锁的数量。

2．3 分枝指令

ARM9和ARM7的分枝指令周期是雷同的。并且ARM9TDMI和ARM9E-S并没有对分枝指令举行预测处理惩罚。

3 ARM9布局及特点

以ARM9E-S为例先容ARM9处理惩罚器的重要布局及其特点。ARM9E-S的布局如图4所示。其重要特点如下：

(1)32bit定点RISC处理惩罚器，改造型ARM／Thumb代码交错，加强性乘法器计划。支持及时(real-time)调试；

(2)片内指令和数据SRAM，并且指令和数据的存储器容量可调；

(3)片内指令和数据高速缓冲器(cache)容量从4K字节到1M字节；

(4)设置掩护单位(protcction unit)，非常得当嵌入式应用中对存储器举行分段和掩护；

(5)采取AMBA AHB总线接口，为外设提供同一的地点和数据总线；

(6)支持外部协处理惩罚器，指令和数据总线有大略的握手信令支持；

(7)支持标准根本逻辑单位扫描测试要领学，并且支持BIST(built-in-self-test)；

(8)支持嵌入式跟踪宏单位，支持及时跟踪指令和数据。

4 ARM9的典范应用

TI公司的OMAP730是最新的无线通讯基带信号处理惩罚器。该处理惩罚器是TI的GPRS Class 12通讯模块与专用于应用处理惩罚的ARM926通用处理惩罚器(GPP)的集成。由于GPP的速率可达200MHz，因此OMAP730具有两倍于上一代OMAP710处理惩罚器的应用处理惩罚性能。好像全部的OMAP处理惩罚器一样，OMAP730可支持领先的移动操纵体系，此中包括Microsoft的智能德律风与Pocket PC PhoneEdition、Svmbian OS与Series 60、Palm OS以及Linux。

TI OMAP730布局如图5所示。此中ARM926TEJ处理惩罚器的重要特性包括：(1)最高频率200MHz；(2)16KB指令高速缓存，8KB数据高速缓存；(3)硬件JAVA加快；(4)扩展多媒体指令调集构。

ARM微处理惩罚器是一种高性能、低功耗的32位微处器，它被遍及应用于嵌入式体系中。ARM9代表了ARM公司主流的处理惩罚器，已经在手持德律风、机顶盒、数码像机、GPS、个人私流派字助理以及因特网配置等方面有了遍及的应用。