ARM開發：一 ARM微處理器概述

ARM(Advanced RISC Machines)，既可以認為是一個公司的名字，也可以認為是對一類微處理器的通稱，還可以認為是一種技術的名字。

1991年ARM公司成立于英國劍橋，主要出售芯片設計技術的授權。目前，采用ARM技術知識產權(IP)核的微處理器，即我們通常所說的ARM微處理器，已遍及工業控制、消費類電子產品、通信系統、網絡系統、無線系統等各類產品市場，基于ARM技術的微處理器應用約占據了32位RISC微處理器75%以上的市場份額，ARM技術正在逐步滲入到我們生活的各個方面。

ARM公司是專門從事基于RISC技術芯片設計開發的公司，作為知識產權供應商，本身不直接從事芯片生產，靠轉讓設計許可由合作公司生產各具特色的芯片，世界各大半導體生產商從ARM公司購買其設計的ARM微處理器核，根據各自不同的應用領域，加入適當的外圍電路，從而形成自己的ARM微處理器芯片進入市場。目前，全世界有幾十家大的半導體公司都使用ARM公司的授權，因此既使得ARM技術獲得更多的第三方工具、制造、軟件的支持，又使整個系統成本降低，使產品更容易進入市場被消費者所接受，更具有競爭力。

1.2 ARM微處理器的應用領域及特點

1.2.1 ARM微處理器的應用領域

到目前為止，ARM微處理器及技術的應用幾乎已經深入到各個領域：

1、工業控制領域：作為32的RISC架構，基于ARM核的微控制器芯片不但占據了高端微控制器市場的大部分市場份額，同時也逐漸向低端微控制器應用領域擴展，ARM微控制器的低功耗、高性價比，向傳統的8位/16位微控制器提出了挑戰。

2、無線通訊領域：目前已有超過85%的無線通訊設備采用了ARM技術， ARM以其高性能和低成本，在該領域的地位日益鞏固。

3、網絡應用：隨著寬帶技術的推廣，采用ARM技術的ADSL芯片正逐步獲得競爭優勢。此外，ARM在語音及視頻處理上行了優化，并獲得廣泛支持，也對DSP的應用領域提出了挑戰。

4、消費類電子產品：ARM技術在目前流行的數字音頻播放器、數字機頂盒和游戲機中得到廣泛采用。

5、成像和安全產品：現在流行的數碼相機和打印機中絕大部分采用ARM技術。手機中的32位SIM智能卡也采用了ARM技術。

除此以外，ARM微處理器及技術還應用到許多不同的領域，并會在將來取得更加廣泛的應用。

1.2.2 ARM微處理器的特點

采用RISC架構的ARM微處理器一般具有如下特點：

1、體積小、低功耗、低成本、高性能;

2、支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件;

3、大量使用寄存器，指令執行速度更快;

4、大多數數據操作都在寄存器中完成;

5、尋址方式靈活簡單，執行效率高;

6、指令長度固定;

1.3 ARM微處理器系列

ARM微處理器目前包括下面幾個系列，以及其它廠商基于ARM體系結構的處理器，除了具有ARM體系結構的共同特點以外，每一個系列的ARM微處理器都有各自的特點和應用領域。

- ARM7系列

- ARM9系列

- ARM9E系列

- ARM10E系列

- SecurCore系列

- Inter的Xscale

- Inter的StrongARM

其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10為4個通用處理器系列，每一個系列提供一套相對獨特的性能來滿足不同應用領域的需求。SecurCore系列專門為安全要求較高的應用而設計。

以下我們來詳細了解一下各種處理器的特點及應用領域。

1.3.1 ARM7微處理器系列

ARM7系列微處理器為低功耗的32位RISC處理器，最適合用于對價位和功耗要求較高的消費類應用。ARM7微處理器系列具有如下特點：

- 具有嵌入式ICE-RT邏輯，調試開發方便。

- 極低的功耗，適合對功耗要求較高的應用，如便攜式產品。

- 能夠提供0.9MIPS/MHz的三級流水線結構。

- 代碼密度高并兼容16位的Thumb指令集。

- 對操作系統的支持廣泛，包括Windows CE、Linux、Palm OS等。

- 指令系統與ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用戶的產品升級換代。

- 主頻最高可達130MIPS，高速的運算處理能力能勝任絕大多數的復雜應用。

ARM7系列微處理器的主要應用領域為：工業控制、Internet設備、網絡和調制解調器設備、移動電話等多種多媒體和嵌入式應用。

ARM7系列微處理器包括如下幾種類型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、

ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI是目前使用最廣泛的32位嵌入式RISC處理器，屬低端ARM處理器核。TDMI的基本含義為：

T： 支持16為壓縮指令集Thumb;

D： 支持片上Debug;

M：內嵌硬件乘法器(Multiplier)

I： 嵌入式ICE，支持片上斷點和調試點;

本書所介紹的Samsung公司的S3C4510B即屬于該系列的處理器。

1.3.2 ARM9微處理器系列

ARM9系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特點：

- 5級整數流水線，指令執行效率更高。

- 提供1.1MIPS/MHz的哈佛結構。

- 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。

- 支持32位的高速AMBA總線接口。

- 全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多種主流嵌入式操作系統。

- MPU支持實時操作系統。

- 支持數據Cache和指令Cache，具有更高的指令和數據處理能力。

ARM9系列微處理器主要應用于無線設備、儀器儀表、安全系統、機頂盒、高端打印機、數字照相機和數字攝像機等。

ARM9系列微處理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三種類型，以適用于不同的應用場合。

1.3.3 ARM9E微處理器系列

ARM9E系列微處理器為可綜合處理器，使用單一的處理器內核提供了微控制器、DSP、Java應用系統的解決方案，極大的減少了芯片的面積和系統的復雜程度。ARM9E系列微處理器提供了增強的DSP處理能力，很適合于那些需要同時使用DSP和微控制器的應用場合。

ARM9E系列微處理器的主要特點如下：

- 支持DSP指令集，適合于需要高速數字信號處理的場合。

- 5級整數流水線，指令執行效率更高。

- 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。

- 支持32位的高速AMBA總線接口。

- 支持VFP9浮點處理協處理器。

- 全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多種主流嵌入式操作系統。

- MPU支持實時操作系統。

- 支持數據Cache和指令Cache，具有更高的指令和數據處理能力。

- 主頻最高可達300MIPS。

ARM9系列微處理器主要應用于下一代無線設備、數字消費品、成像設備、工業控制、存儲設備和網絡設備等領域。

ARM9E系列微處理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM966E-S三種類型，以適用于不同的應用場合。

1.3.4 ARM10E微處理器系列

ARM10E系列微處理器具有高性能、低功耗的特點，由于采用了新的體系結構，與同等的ARM9器件相比較，在同樣的時鐘頻率下，性能提高了近50%，同時，ARM10E系列微處理器采用了兩種先進的節能方式，使其功耗極低。

ARM10E系列微處理器的主要特點如下：

- 支持DSP指令集，適合于需要高速數字信號處理的場合。

- 6級整數流水線，指令執行效率更高。

- 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。

- 支持32位的高速AMBA總線接口。

- 支持VFP10浮點處理協處理器。

- 全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多種主流嵌入式操作系統。

- 支持數據Cache和指令Cache，具有更高的指令和數據處理能力

- 主頻最高可達400MIPS。

- 內嵌并行讀/寫操作部件。

ARM10E系列微處理器主要應用于下一代無線設備、數字消費品、成像設備、工業控制、通信和信息系統等領域。

ARM10E系列微處理器包含ARM1020E、ARM1022E和ARM1026EJ-S三種類型，以適用于不同的應用場合。

1.3.5 SecurCore微處理器系列

SecurCore系列微處理器專為安全需要而設計，提供了完善的32位RISC技術的安全解決方案，因此，SecurCore系列微處理器除了具有ARM體系結構的低功耗、高性能的特點外，還具有其獨特的優勢，即提供了對安全解決方案的支持。

SecurCore系列微處理器除了具有ARM體系結構各種主要特點外，還在系統安全方面具有如下的特點：

- 帶有靈活的保護單元，以確保操作系統和應用數據的安全。

- 采用軟內核技術，防止外部對其進行掃描探測。

- 可集成用戶自己的安全特性和其他協處理器。

SecurCore系列微處理器主要應用于一些對安全性要求較高的應用產品及應用系統，如電子商務、電子政務、電子銀行業務、網絡和認證系統等領域。

SecurCore系列微處理器包含SecurCore SC100、SecurCore SC110、SecurCore SC200和SecurCore SC210四種類型，以適用于不同的應用場合。

1.3.6 StrongARM微處理器系列

Inter StrongARM SA-1100處理器是采用ARM體系結構高度集成的32位RISC微處理器。它融合了Inter公司的設計和處理技術以及ARM體系結構的電源效率，采用在軟件上兼容ARMv4體系結構、同時采用具有Intel技術優點的體系結構。

Intel StrongARM處理器是便攜式通訊產品和消費類電子產品的理想選擇，已成功應用于多家公司的掌上電腦系列產品。

1.3.7 Xscale處理器

Xscale 處理器是基于ARMv5TE體系結構的解決方案，是一款全性能、高性價比、低功耗的處理器。它支持16位的Thumb指令和DSP指令集，已使用在數字移動電話、個人數字助理和網絡產品等場合。