嵌入式系統(tǒng)架構：RISC家族之ARM處理器　

ARM公司于1991年成立于英國劍橋，主要出售芯片設計技術的授權。目前，采用ARM技術智能財產(chǎn)(IP)核心的處理器，即我們通常所說的ARM 處理器，已遍及工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場，基于ARM技術的處理器應用約占據(jù)了32位RISC微處理器 75%以上的市場，ARM技術不止逐步滲入到我們生活的各個方面，我們甚至可以說，ARM于人類的生活環(huán)境中，已經(jīng)是不可或缺的一環(huán)。

目前市面上常見的ARM處理器架構，可分為ARM7、ARM9以及ARM11，新推出的Cortex系列尚在進行開發(fā)驗證，市面上還未有相關產(chǎn)品推出。ARM也是嵌入式處理器中首先推出多核心架構的廠商。

ARM首個多核心架構為ARM11 MPCore，架構于原先的ARM11處理器核心之上。ARM11核心是發(fā)布于2002年10月份，為了進一步提升效能，其管線長度擴展到8階，處理單元則增加為預取、譯碼、發(fā)送、轉(zhuǎn)換　/MAC1、執(zhí)行/MAC2、內(nèi)存存取/MAC3和寫入等八個單元，體系上屬于ARM V6指令集架構。ARM11采用當時最先進的0.13μm制造制程，運行頻率最高可達500到700MHz。如果采用90nm制程，ARM11核心的工作頻率能夠輕松達到1GHz以上—對于嵌入式處理器來說，這顯然是個相當驚人的程度，不過顯然1GHz在ARM11體系中不算是個均衡的設定，因此幾乎沒有廠商推出達到1GHz的ARM11架構處理器。

ARM11的邏輯核心也經(jīng)過大量的改進，其中最重要的當屬“靜/動態(tài)組合轉(zhuǎn)換的預測功能”。ARM11的執(zhí)行單元包含一個64位、4種狀態(tài)的地址轉(zhuǎn)換緩沖，它主要用來儲存最近使用過的轉(zhuǎn)換地址。當采用動態(tài)轉(zhuǎn)換預測機制而無法在尋址緩沖內(nèi)找到正確的地址時，靜態(tài)轉(zhuǎn)換預測功能就會立刻接替它的位置。在實際測試中，單純采用動態(tài)預測的準確率為88%，單純采用靜態(tài)預測機制的準確率　只有77%，而ARM11的靜/動態(tài)預測組合機制可實現(xiàn)92%的高準確率。針對高時脈速度帶來功耗增加的問題，ARM11采用一項名為“IEM　(Intelligent Energy Manager)”的智能電源管理技術，該技術可根據(jù)任務負荷情況動態(tài)調(diào)節(jié)處理器的電壓，進而有效降低自身的功耗。這一系列改進讓ARM11的功耗效能比得以繼續(xù)提高，平均每MHz只需消耗0.6mW(有快取時為0.8mW)的電力，處理器的最高效能可達到660 Dhrystone MIPS，遠超過上一代產(chǎn)品。

至于ARM11 MPCore，其在架構上與ARM11同樣屬于V6指令體系。根據(jù)不同應用的需要，MPCore可以被配置為1-4個處理器的組合方式，根據(jù)官方資料，其最高性能約可達到2600 Dhrystone MIPS的程度。MPCore是標準的同質(zhì)多核心處理器，組成MPCore的是4個基于ARM11架構的處理器核心，由于多核心設計的優(yōu)點是在頻率不變的情況下讓處理器的性能獲得明顯提升，因此可望在多任務應用中擁有良好的表現(xiàn)，這一點很適合未來家庭消費電子的需要。例如，機頂盒在錄制多個頻道電視節(jié)目的同時，還可通過互聯(lián)網(wǎng)收看數(shù)字視頻點播節(jié)目、車內(nèi)導航系統(tǒng)在提供導航功能的同時，仍然有余力可以向后座乘客播放各類視頻碼流等。