arm內核結構

　　ARM內核有4個(gè)功能模塊T、D、M、I，可供生產(chǎn)廠(chǎng)商根據不同用戶(hù)的要求來(lái)配置生產(chǎn)ARM芯片。

　　其中：T功能模塊表示16位Thumb，可以在兼顧性能的同時(shí)減少代碼尺寸。M功能模塊表示8位乘法器。D功能模塊表示Debug，該內核中放置了用于調試的結構，通常它為一個(gè)邊界掃描鏈JTAG，可使CPU進(jìn)入調試模式，從而可方便地進(jìn)行斷點(diǎn)設置、單步調試。I功能模塊表示EmbeddedICE Logic，用于實(shí)現斷點(diǎn)觀(guān)測及變量觀(guān)測的邏輯電路部分，其中的TAP控制器可接入到邊界掃描鏈。

　　ARM芯片的核心，即CPU內核(ARM720T)由一個(gè)ARMTTDMI 32位RISC處理器、一個(gè)單一的高速緩沖8KB Cache和一個(gè)存儲空間管理單元(MMU)所構成。8KB的高速緩沖有一個(gè)四路相連寄存器，并被組織成52線(xiàn)四字(4×52×4字節)。高速緩沖直接與ARMTTDMI相連，因而高速緩沖來(lái)自CPU的虛擬地址。當所需的虛擬地址不在高速緩沖中時(shí)，由MMU將虛擬地址轉換為物理地址。一個(gè)64項的轉換旁路緩沖器(TLB)用來(lái)加速地址轉換過(guò)程，并減少頁(yè)表讀取所需的總線(xiàn)傳送。通過(guò)轉換高速緩沖中未存儲的地址，MMU就能夠節約功率。通過(guò)內部數據總線(xiàn)和擴展并行總線(xiàn)，ARM可以和存儲器(SRAM/Flash/Nand-Flash等)、用戶(hù)接口(LCD控制器/鍵盤(pán)/GPIO等)、串行口(UARTs/紅外IrDA等)相連。

　　一個(gè)ARM720T內核基本由以下四部分組成。

　　(1)ARMTTDMI CPU核。該CPU核支持Thumb指令集、核調試、增強的乘法器、JTAG以及嵌入式ICE。它的時(shí)鐘頻率可編程為18MHz、36MHz、49MHz、74MHz。

　　(2)存儲空間管理單元(MMU)與ARM710核兼容，并增加了對Windows CE的支持。該存儲空間管理單元提供了地址轉換和一個(gè)有64項的轉換旁路緩沖器。

　　(3)8KB單一指令和數據高速緩沖存儲器以及一個(gè)四路相聯(lián)高速緩沖存儲器控制器。

　　(4)寫(xiě)緩沖器Write Buffer。

????????ARM內核

　　ARM7 系列

　　ARM7TDMI是ARM7系列中使用最廣泛的，它是從最早實(shí)現32位地址空間編程模式的ARM6內核發(fā)展而來(lái)的，并增加了64位乘法指令，支持片上調試、16位Thumb指令集和EmbeddedICE觀(guān)察點(diǎn)硬件。ARM7TDMI屬于A(yíng)RM v4體系結構，采用馮諾伊曼結構，3級流水處理，平均0.9DMIPs/Mhz性能。不過(guò)ARM7TDMI沒(méi)有MMU(Memory Management Unit)和Cache，所以?xún)H支持那些不需要MMU和Cahce的小型實(shí)時(shí)操作系統，如VxWorks、uC/OS-II和uLinux等RTOS。其他的ARM7系列內核還有ARM720T和ARM7E-S等。

　　ARM9 系列

　　ARM9TDMI相比ARM7TDMI，將流水級數提高到5級從而增加了處理器的時(shí)鐘頻率，并使用指令和數據存儲器分開(kāi)的哈佛結構以改善CPI和提高處理器性能，平均可達1.1DMIPs/Mhz，但是ARM9TDMI仍屬于A(yíng)RM v4T體系結構。在A(yíng)RM9TDMI基礎上又有ARM920T、ARM940T和ARM922T，其中ARM940T增加了MPU(Memory Protect Unit)和Cache;ARM920T和ARM922T加入了MMU、Cache和ETM9(方便進(jìn)行CPU實(shí)時(shí)trace)，從而更好的支持象Linux和WinCE這樣的多線(xiàn)程、多任務(wù)操作系統。

　　ARM9E 系列

　　ARM9E系列屬于A(yíng)RM v5TE，在A(yíng)RM9TDMI的基礎上增加了DSP擴展指令，是可綜合內核，主要有ARM968E-S、ARM966E-S、ARM946E-S和ARM926EJ-S(v5TEJ指令體系，增加了Java指令擴展)，其中ARM926EJ-S是最具代表性的。通過(guò)DSP和Java的指令擴展，可獲得70%的DSP處理能力和8x的Java處理性能提升。另外分開(kāi)的指令和數據Cache結構進(jìn)一步提升了軟件性能;指令和數據TCM(Tightly Couple Memory：緊耦合存儲器)接口支持零等待訪(fǎng)問(wèn)存儲器;雙AMBA AHB總線(xiàn)接口等。ARM926EJ-S可達250Mhz以上的處理速度，很好地支持Symbian OS、Linux、Windows CE和Palm OS等主流操作系統。

　　ARM11 系列

　　ARM11系列主要有ARM1136、ARM1156、ARM1176和ARM11 MP-Core等，它們都是v6體系結構，相比v5系列增加了SIMD多媒體指令，獲得1.75x多媒體處理能力的提升。另外，除了ARM1136外，其他的處理器都支持AMBA3.0-AXI總線(xiàn)。ARM11系列內核最高的處理速度可達500Mhz以上(其中90nm工藝下，ARM1176可達到750Mhz)以及600DMIPS的性能，請參考和圖3相關(guān)描述。

　　基于A(yíng)RMv6架構的ARM11系列處理器是根據下一代的消費類(lèi)電子、無(wú)線(xiàn)設備、網(wǎng)絡(luò )應用和汽車(chē)電子產(chǎn)品等需求而制定的。其的媒體處理能力和低功耗特點(diǎn)使它特別適合于無(wú)線(xiàn)和消費類(lèi)電子產(chǎn)品;其高數據吞吐量和高性能的結合非常適合網(wǎng)絡(luò )處理應用;另外，在實(shí)時(shí)性能和浮點(diǎn)處理等方面ARM11可以滿(mǎn)足汽車(chē)電子應用的需求。

　　ARM Cotex 系列

　　Cortex系列是ARM公司目前最新內核系列，屬于v7架構，主要有Cortex-A8、Cortex-R4、Cortex-M3和

　　Cortex-M1等處理器，其中A8是面向高性能的應用處理器，最高可達1Ghz的處理速度，更好的支持多媒體及其他高性能要求，最高可達2000DMIPS;R4主要面向嵌入式實(shí)時(shí)應用領(lǐng)域(Real-Time)，7級流水結構，相對于上代ARM1156內核，R4在性能、功耗和面積(PPA：Performance，Power and Area)取得更好的平衡，>1.5DMIPS/Mhz和高于400Mhz的處理速度。而M3主要是面向低成本和高性能的MCU應用領(lǐng)域，相比ARM7TDMI，M3面積更小，功耗更低，性能更高。Cortex-M3處理器的核心是基于哈佛架構的3級流水線(xiàn)內核，該內核集成了分支預測，單周期乘法，硬件除法等眾多功能強大的特性，使其在Dhrystone benchmark上具有出色的表現(1.25 DMIPS/MHz)。根據Dhrystone benchmark的測評結果，采用新的Thumb.-2指令集架構的Cortex-M3處理器，與執行Thumb指令的ARM7TDMI-S.處理器相比，每兆赫的效率提高了70%，與執行ARM指令的ARM7TDMI-S處理器相比，效率提高了35%。

　　目前已經(jīng)有Cortex系列內嵌的產(chǎn)品問(wèn)世，如TI公司推出的基于Cortex-A8內核的OMAP3430，TI、ST和Luminary也推出了基于Cortex-M3內核的低成本高性能32位MCU，更多詳情請登陸這些公司的主頁(yè)查詢(xún)。