嵌入式典型ARM處理器介紹以及分類

一、處理器和處理器核
(1)處理器核
“處理器核”特指實(shí)現(xiàn)某種版本ARM指令集架構(gòu)、具有取指令和執(zhí)行指令功能的組件。
(2)處理器
以處理器核為中心，再把存儲(chǔ)管理部件MMU、中斷控制器、浮點(diǎn)運(yùn)算器、總線接口等組件進(jìn)行集成就構(gòu)成“ARM處理器”。
ARM處理器中一定包含有一個(gè)或幾個(gè)處理器核，而單純的處理器核也可以作為處理器使用。因此，一些資料中“處理器核”和“處理器”經(jīng)常會(huì)混淆使用。

二、ARM處理器的分類

ARM處理器分為五類:經(jīng)典ARM處理器、ARM Cortex嵌入式處理器、ARM Cortex實(shí)時(shí)嵌入式處理器、ARM Cortex應(yīng)用處理器以及ARM專家處理器

ARM Cortex處理器包括:

(1)Cortex-A (A=Application)系列是面向高端應(yīng)用的處理器，它的工作頻率高、性能好、功耗合理。A5~A15為32位，而A53-A57為64位版本。這類被稱為ARMCortex應(yīng)用處理器，簡(jiǎn)稱應(yīng)用處理器。

(2)Cortex-R ( R=Real Time)系列是面向?qū)崟r(shí)控制應(yīng)用的處理器，響應(yīng)速度快、性能合理、功耗低。這類被稱為ARMCortex實(shí)時(shí)嵌入式處理器，簡(jiǎn)稱實(shí)時(shí)嵌入式處理器。

(3)Cortex-M ( M=Microcontroller)系列是面向微控制器的處理器，性價(jià)比極高、成本很低、功耗極小。這類被稱為ARM Cortex嵌入式處理器，簡(jiǎn)稱嵌入式處理器。

籠統(tǒng)地把-R系列和-M系列稱為嵌入式Codex處理器，簡(jiǎn)稱嵌入式處理器。把專用于智能卡應(yīng)用、側(cè)重安全可靠的處理器稱為安全專家處理器或?qū)＜姨幚砥鱏ecurCore,它有三個(gè)系列，分別是基于ARM7TDMI的SC000系列、基于Cortex-M0的SC100系列以及基于Cortex-M3的SC300系列。

三、經(jīng)典ARM處理器

經(jīng)典ARM處理器目前主要有ARM7、ARM9和ARM11三個(gè)系列，包含多種不同的處理器，它們大多是按照ARMv4T、ARMv5TE或ARMv6架構(gòu)設(shè)計(jì)的。
(1)ARM7系列
ARM7系列的ARM7TDMI ( ARM7TDMS-S)是市場(chǎng)上銷量最高的32位處理器內(nèi)核，它采用ARMv4T架構(gòu)，支持ARM/Thumb指令集，使用馮氏存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，由3級(jí)指令流水線實(shí)現(xiàn)，曾用于諾基亞6110手機(jī)。其命名中數(shù)字表示系列編號(hào)，T表示支持Thumb指令集，D表示支持片上調(diào)試，M表示具有快速的64位乘法，I表示提供片內(nèi)在線仿真(ICE)，-S 表示該處理器(或處理器核)以IP軟核的形式提供授權(quán)，讓客戶根據(jù)自己的半導(dǎo)體工藝進(jìn)行再開發(fā)。(現(xiàn)在T、D、M、I這4項(xiàng)基本功能成了任何新產(chǎn)品的標(biāo)配，因而不再使用這些后綴。)
(2)ARM9系列
ARM9系列處理器，它為微控制器、DSP和Java應(yīng)用提供了單處理器解決方案，非常適合需要有數(shù)字信號(hào)處理功能的微控制器應(yīng)用領(lǐng)域。

ARM920T處理器使用的核是ARM9TDMI，它基于ARMv4T架構(gòu)設(shè)計(jì)，支持ARM/Thumb指令集，具有快速乘法器;采用程序與數(shù)據(jù)分離的哈佛存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，指令Cache和數(shù)據(jù)Cache各16 KB，還可通過總線外接Cache和SRAM存儲(chǔ)器;支持協(xié)處理器;含有內(nèi)嵌的在線仿真模塊ICE、支持片，上調(diào)試;采用5級(jí)流水線以提高處理器性能，每一條指令的執(zhí)行分為5個(gè)步驟:①取指令，②指令譯碼，③執(zhí)行指令運(yùn)算，④Cache/存儲(chǔ)器訪問，⑤結(jié)果寫回寄存器。

圖2-5是ARM920T處理器的框圖。從圖中可以看出，除了ARM9 TDMI處理器核之外，它還包括存儲(chǔ)器管理部件MMU (實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器)、16 KB的指令Cache和16 KB的數(shù)據(jù)Cache、 數(shù)據(jù)寫回RAM、AMBA總線接口、外部協(xié)處理器接口以及跟蹤調(diào)試接口等。

圖2-5 ARM920T內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

審核編輯 黃昊宇