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1.1 ARM
处理器简介
ARM
处理器是一种低功耗高性能的 32 位RISC ( 精简指令系
统)处理器。本章将其从结构入手进行分析，基于目前流行的
ARM920T 核详细描述其硬件结构和编程。
ARM
处理器共有 31 个32 位寄存器，而其中 16 个可以在任何
模式下看到。它的指令为简单的加载与存储指令（从内存加载某
个值，执行完操作后再将其放回内存）。 ARM 一个有趣的特点
是它所有的指令都带有条件。例如用户可以测试某个寄存器的
值，但是直到下次使用同一条件进行测试时，才能有条件地执行
这些指令。另一个特征是可以在加载数值的同时进行算术和移位
操作。它可以在几种模式下操作，包括通过使用 SWI
（softwarinterrupt 软件中断）指令从用户模式进入到系统模式。
ARM
处理器是一个综合体， ARM 公司自身并不制造微处理
器。它们是由 ARM 的合作伙伴 (Intel 或LSI) 制造。 ARM 还允
许将其处理器通过协处理器接口进行紧耦合。它还包括几
种内存管理单元的变种，包括简单的内存保护到复杂的页
面层次。
ARM
微处理器系列包括 ARM7 系列、 ARM9 系列、 ARM9E
系列、 ARM10E 系列、 SecurCode 系列和 Intel 的Xscale 。其
中， ARM7 、ARM9 、ARM9E 和ARM10E 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。例 SecurCore 系列专门为安全要求较高的应
用而设计。
1.1.1 ARM7
系列微处理器
ARM7
系列微处理器是低功耗的 32 位RISC 处理器，最适合用于
对价位和功耗要求较低的消费类应用。 ARM7 系列有如下特点：
· 具有嵌入式 ICE ICE—RT (Internet Communications Engine Engine-
Route 因特网通信 )逻辑，调试开发方便。
· 极低的功耗，适合对功耗要求较低的应用，如便携式产品。
· 能够提供 0.9MIPS(Million Instructions Per Second 百万条 /
秒)/MHz 的三级流水线结构。
· 对操作系统的支持广泛，如 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 130MHz 130MHz，高速的运算处理能力能胜任绝大多数
，的复杂应用。
ARM7
系列微处理器主要应用于工业控制、 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 ARM7TDMI-S、ARM720T 、ARM7EJ 。其中， ARM7TDMI
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 的基本含义如下：
· T 支持 16 位压缩指令集 Thumb(ARM 体系结构中一种 16
位的指令集 )。
· D 支持片上 Debug 。
· M 内嵌硬件乘法器（ Multiplier Multiplier）。
）· I 嵌入式 ICE ICE，支持片上断点和调试点。 ，
1.1.2 ARM9
系列微处理器
ARM9
系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的
表现。具有以下特点：
· 5级流水，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(Advanced Microcontroller
Bus Architecture) 总线接口。
· 全性能的 MMU MMU，支持 ，WindowsCE 、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( 高速缓冲存储器 )和指令 Cache Cache，具有更
，高的指令和数据处理力。
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
系列微处理器包括 ARM920T 、ARM922T 和
ARM940T 三种类型，以适用于不同的应用场合。
1.1.3 ARM9E
系列微处理器
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 MMU，支持众多主流嵌入式操作系统。
，· 支持数据 Cache 和指令 Cache Cache，具有更高的处理能力。
，· 主频最高可达 300MHz 。
ARM9E
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 ARM926EJ-S、ARM946E ARM946E-S和
ARM966E ARM966E-S三种类型，以适用于不同的应用场合。
1.1.4 ARM10E
系列微处理器
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 MMU，支持众多主流嵌入式操作系统。
，· 支持数据 Chche 和指令 Chche Chche，具有更高的处理能力。
，· 主频最高可达 400MHz 。
· 内嵌并行读 /学操作部件。
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
系列微处理器包括 ARM1020E 、ARM1002E
和ARM1026JE ARM1026JE-S三种类型，以适用于不同的应用场合。
1.1.5 ARM920T
简介
ARM920T
高缓存处理器是 ARM9 Thumb 系列中高性能的 32 位
单片系统处理器。
而ARM920T 系列微处理器包含如下几种类型的内核。
· ARM9TDMI ARM9TDMI：只有内核。
：· ARM940T ARM940T：由内核、高速缓存和内存保护单元 ：(MPU) 组成。
· ARM920T ARM920T：有内核、高速缓存和内存管理单元 ：(MMU) 组成。
ARM920T
提供完善的高性能 CPU 子系统，包括以下方面：
· ARM9TDMI RISC 整数 CPU 。
· 16K 字节指令与 16K 字节数据缓存。
· 指令与数据存储器管理单元（ MMU MMU）。
）· 写缓冲器。
· 高级微处理器总线架构（ AMBA AMBA）总线接口。
）· ETM ETM（内置追踪宏单元）接口。 （
ARM920T
中的 ARM9TDMI 内核可执行 32 位ARM 及16 位
Thumb 指令集。 ARM9TDMI 处理器是哈佛结构，有包括
取指、译码、执行、存储及写入的 5级流水线。
ARM920T
处理器包括以下两个协处理器。
· CP14 CP14：控制软件对调试信道的访问。
：· CP15 CP15：系统控制处理器，提供 ：16 个额外寄存器来配
置与控制缓存、 MMU 、系统保护、
时钟模式及其他系列选项。
ARM920T
处理器的主要特征如下。
· ARM9TDMI 内核， ARM v4T 架构。
· 两套指令集： ARM 高性能 32 位指令集和 Thumb 高代
码密度 16 位指令集。
·5级流水线结构，即取指（ F）、指令译码（ ）D）、
）执行（ E）、数据存储访问（ ）M）和写寄存器
）（W）。
）· 16K 字节数据缓存， 16K 字节指令缓存。
· 写缓冲器： 16 字的数据缓冲器， 4地址的地
址缓冲器，软件控制消耗。
· 标准的 ARMv4ARMv4存储器管理单元（ MMU MMU）： ）：
区域访问许可，允许以 1/4 页面大小对页面进行访
问， 16 个嵌入域， 64 个输入指令 TLB 及64 个输入
数据 TLB 。
· 8位、 16 位、 32 位的指令总线与数据总线。
1.1.6
SecurCore (可靠内核技术 )系列微处理器
SecurCore
系列微处理器除了具有 ARM 体系结构各种主
要特点外，在系统安全方面具有如下特点：
．带有灵活的保护单元，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。
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SecurCour
SC210 四种类型，以适用于不同的应用场合。
1.1.7
StrongARMStrongARM (超强性能 ARM 技术 )系列微处理
器
Intel
StrongARM SA 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
Intel 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 处理器是便捷式通信产品和消
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。 |
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