ARM9系列處理器—嵌入式處理器

　　新一代的ＡＲＭ９處理器，通過(guò)全新的設(shè)計(jì)，采用了更多的晶體管，能夠達(dá)到兩倍以上于ＡＲＭ７處理器的處理能力。這種處理能力的提高是通過(guò)增加時(shí)鐘頻率和減少指令執(zhí)行周期實(shí)現(xiàn)的。

　?。薄r(shí)鐘頻率的提高

　　ＡＲＭ７處理器采用３級(jí)流水線(xiàn)，而ＡＲＭ９采用５級(jí)流水線(xiàn)。增加的流水線(xiàn)設(shè)計(jì)提高了時(shí)鐘頻率和并行處理能力。５級(jí)流水線(xiàn)能夠?qū)⒚恳粋€(gè)指令處理分配到５個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，在每一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)有５個(gè)指令在執(zhí)行。在同樣的加工工藝下，ＡＲＭ９ＴＤＭＩ處理器的時(shí)鐘頻率是ＡＲＭ７ＴＤＭＩ的１．８～２．２倍。

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　　指令周期的改進(jìn)對(duì)于處理器性能的提高有很大的幫助。性能提高的幅度依賴(lài)于代碼執(zhí)行時(shí)指令的重疊，這實(shí)際上是程序本身的問(wèn)題。對(duì)于采用最高級(jí)的語(yǔ)言，一般來(lái)說(shuō)，性能的提高在３０％左右。

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　　指令周期數(shù)的改進(jìn)最明顯的是ｌｏａｄｓ指令和ｓｔｏｒｅｓ指令。從ＡＲＭ７到ＡＲＭ９這兩條指令的執(zhí)行時(shí)間減少了３０％。指令周期的減少是由于ＡＲＭ７和ＡＲＭ９兩種處理器內(nèi)的兩個(gè)基本的微處理結(jié)構(gòu)不同所造成的。

　　（１）ＡＲＭ９有獨(dú)立的指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口，允許處理器同時(shí)進(jìn)行取指和讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。這叫作改進(jìn)型哈佛結(jié)構(gòu)。而ＡＲＭ７只有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口，它同時(shí)用來(lái)取指令和數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)。

　?。ǎ玻导?jí)流水線(xiàn)引入了獨(dú)立的存儲(chǔ)器和寫(xiě)回流水線(xiàn)，分別用來(lái)訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器和將結(jié)果寫(xiě)回寄存器。

　　以上兩點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)周期完成ｌｏａｄｓ指令和ｓｔｏｒｅｓ指令。

　?。玻病』ユi（ｉｎｔｅｒｌｏｃｋｓ）技術(shù)

　　當(dāng)指令需要的數(shù)據(jù)因?yàn)橐郧暗闹噶顩](méi)有執(zhí)行完而沒(méi)有準(zhǔn)備好就會(huì)產(chǎn)生管道互鎖。當(dāng)管道互鎖發(fā)生時(shí)，硬件會(huì)停止這個(gè)指令的執(zhí)行，直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好為止。雖然這種技術(shù)會(huì)增加代碼執(zhí)行時(shí)間，但是為初期的設(shè)計(jì)者提供了巨大的方便。編譯器以及匯編程序員可以通過(guò)重新設(shè)計(jì)代碼的順序或者其他方法來(lái)減少管道互鎖的數(shù)量。

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　　ＡＲＭ９和ＡＲＭ７的分枝指令周期是相同的。而且ＡＲＭ９ＴＤＭＩ和ＡＲＭ９Ｅ－Ｓ并沒(méi)有對(duì)分枝指令進(jìn)行預(yù)測(cè)處理。

　　３?。粒遥停菇Y(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

　　以ＡＲＭ９Ｅ－Ｓ為例介紹ＡＲＭ９處理器的主要結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。ＡＲＭ９Ｅ－Ｓ的結(jié)構(gòu)如圖４所示。其主要特點(diǎn)如下：

　?。ǎ保常玻猓椋舳c(diǎn)ＲＩＳＣ處理器，改進(jìn)型ＡＲＭ／Ｔｈｕｍｂ代碼交織，增強(qiáng)性乘法器設(shè)計(jì)。支持實(shí)時(shí)（ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ）調(diào)試；

　?。ǎ玻┢瑑?nèi)指令和數(shù)據(jù)ＳＲＡＭ，而且指令和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器容量可調(diào)；

　?。ǎ常┢瑑?nèi)指令和數(shù)據(jù)高速緩沖器（ｃａｃｈｅ）容量從４Ｋ字節(jié)到１Ｍ字節(jié)；

　?。ǎ矗┰O(shè)置保護(hù)單元（ｐｒｏｔｃｃｔｉｏｎ?。酰睿椋簦?，非常適合嵌入式應(yīng)用中對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行分段和保護(hù)；

　?。ǎ担┎捎茫粒停拢痢。粒龋驴偩€(xiàn)接口，為外設(shè)提供統(tǒng)一的地址和數(shù)據(jù)總線(xiàn)；

　?。ǎ叮┲С滞獠繀f(xié)處理器，指令和數(shù)據(jù)總線(xiàn)有簡(jiǎn)單的握手信令支持；

　　（７）支持標(biāo)準(zhǔn)基本邏輯單元掃描測(cè)試方法學(xué)，而且支持ＢＩＳＴ（ｂｕｉｌｔ－ｉｎ－ｓｅｌｆ－ｔｅｓｔ）；

　?。ǎ福┲С智度胧礁櫤陠卧С謱?shí)時(shí)跟蹤指令和數(shù)據(jù)。

　?。础。粒遥停沟牡湫蛻?yīng)用

　?。裕晒镜模希停粒校罚常笆亲钚碌臒o(wú)線(xiàn)通信基帶信號(hào)處理器。該處理器是ＴＩ的ＧＰＲＳ?。茫欤幔螅蟆。保餐ㄐ拍K與專(zhuān)用于應(yīng)用處理的ＡＲＭ９２６通用處理器（ＧＰＰ）的集成。由于ＧＰＰ的速度可達(dá)２００ＭＨｚ，因此ＯＭＡＰ７３０具有兩倍于上一代ＯＭＡＰ７１０處理器的應(yīng)用處理性能。如同所有的ＯＭＡＰ處理器一樣，ＯＭＡＰ７３０可支持領(lǐng)先的移動(dòng)操作系統(tǒng)，其中包括Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ的智能電話(huà)與Ｐｏｃｋｅｔ?。校谩。校瑁铮睿澹牛洌椋簦椋铮?FONT face=Verdana>、Ｓｖｍｂｉａｎ　ＯＳ與Ｓｅｒｉｅｓ?。叮?、Ｐａｌｍ?。希右约埃蹋椋睿酰?/FONT>