arm內(nèi)核結(jié)構(gòu)

　　ARM內(nèi)核有4個功能模塊T、D、M、I，可供生產(chǎn)廠商根據(jù)不同用戶的要求來配置生產(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(nèi)核中放置了用于調(diào)試的結(jié)構(gòu)，通常它為一個邊界掃描鏈JTAG，可使CPU進(jìn)入調(diào)試模式，從而可方便地進(jìn)行斷點(diǎn)設(shè)置、單步調(diào)試。I功能模塊表示EmbeddedICE Logic，用于實現(xiàn)斷點(diǎn)觀測及變量觀測的邏輯電路部分，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(nèi)核(ARM720T)由一個ARMTTDMI 32位RISC處理器、一個單一的高速緩沖8KB Cache和一個存儲空間管理單元(MMU)所構(gòu)成。8KB的高速緩沖有一個四路相連寄存器，并被組織成52線四字(4×52×4字節(jié))。高速緩沖直接與ARMTTDMI相連，因而高速緩沖來自CPU的虛擬地址。當(dāng)所需的虛擬地址不在高速緩沖中時，由MMU將虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址。一個64項的轉(zhuǎn)換旁路緩沖器(TLB)用來加速地址轉(zhuǎn)換過程，并減少頁表讀取所需的總線傳送。通過轉(zhuǎn)換高速緩沖中未存儲的地址，MMU就能夠節(jié)約功率。通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線和擴(kuò)展并行總線，ARM可以和存儲器(SRAM/Flash/Nand-Flash等)、用戶接口(LCD控制器/鍵盤/GPIO等)、串行口(UARTs/紅外IrDA等)相連。

　　一個ARM720T內(nèi)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(diào)試、增強(qiáng)的乘法器、JTAG以及嵌入式ICE。它的時鐘頻率可編程為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(zhuǎn)換和一個有64項的轉(zhuǎn)換旁路緩沖器。

　　(3)8KB單一指令和數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器以及一個四路相聯(lián)高速緩沖存儲器控制器。

　　(4)寫緩沖器Write Buffer。

????????ARM內(nèi)核

　　ARM7 系列

　　ARM7TDMI是ARM7系列中使用最廣泛的，它是從最早實現(xiàn)32位地址空間編程模式的ARM6內(nèi)核發(fā)展而來的，并增加了64位乘法指令，支持片上調(diào)試、16位Thumb指令集和EmbeddedICE觀察點(diǎn)硬件。ARM7TDMI屬于ARM v4體系結(jié)構(gòu)，采用馮諾伊曼結(jié)構(gòu)，3級流水處理，平均0.9DMIPs/Mhz性能。不過ARM7TDMI沒有MMU(Memory Management Unit)和Cache，所以僅支持那些不需要MMU和Cahce的小型實時操作系統(tǒng)，如VxWorks、uC/OS-II和uLinux等RTOS。其他的ARM7系列內(nèi)核還有ARM720T和ARM7E-S等。

　　ARM9 系列

　　ARM9TDMI相比ARM7TDMI，將流水級數(shù)提高到5級從而增加了處理器的時鐘頻率，并使用指令和數(shù)據(jù)存儲器分開的哈佛結(jié)構(gòu)以改善CPI和提高處理器性能，平均可達(dá)1.1DMIPs/Mhz，但是ARM9TDMI仍屬于ARM v4T體系結(jié)構(gòu)。在ARM9TDMI基礎(chǔ)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實時trace)，從而更好的支持象Linux和WinCE這樣的多線程、多任務(wù)操作系統(tǒng)。

　　ARM9E 系列

　　ARM9E系列屬于ARM v5TE，在ARM9TDMI的基礎(chǔ)上增加了DSP擴(kuò)展指令，是可綜合內(nèi)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(kuò)展)，其中ARM926EJ-S是最具代表性的。通過DSP和Java的指令擴(kuò)展，可獲得70%的DSP處理能力和8x的Java處理性能提升。另外分開的指令和數(shù)據(jù)Cache結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提升了軟件性能;指令和數(shù)據(jù)TCM(Tightly Couple Memory：緊耦合存儲器)接口支持零等待訪問存儲器;雙AMBA AHB總線接口等。ARM926EJ-S可達(dá)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(tǒng)。

　　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(jié)構(gòu)，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。ARM11系列內(nèi)核最高的處理速度可達(dá)500Mhz以上(其中90nm工藝下，ARM1176可達(dá)到750Mhz)以及600DMIPS的性能，請參考和圖3相關(guān)描述。

　　基于ARMv6架構(gòu)的ARM11系列處理器是根據(jù)下一代的消費(fèi)類電子、無線設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和汽車電子產(chǎn)品等需求而制定的。其的媒體處理能力和低功耗特點(diǎn)使它特別適合于無線和消費(fèi)類電子產(chǎn)品;其高數(shù)據(jù)吞吐量和高性能的結(jié)合非常適合網(wǎng)絡(luò)處理應(yīng)用;另外，在實時性能和浮點(diǎn)處理等方面ARM11可以滿足汽車電子應(yīng)用的需求。

　　ARM Cotex 系列

　　Cortex系列是ARM公司目前最新內(nèi)核系列，屬于v7架構(gòu)，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(yīng)用處理器，最高可達(dá)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(dá)2000DMIPS;R4主要面向嵌入式實時應(yīng)用領(lǐng)域(Real-Time)，7級流水結(jié)構(gòu)，相對于上代ARM1156內(nèi)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(yīng)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(gòu)的3級流水線內(nèi)核，該內(nèi)核集成了分支預(yù)測，單周期乘法，硬件除法等眾多功能強(qiáng)大的特性，使其在Dhrystone benchmark上具有出色的表現(xiàn)(1.25 DMIPS/MHz)。根據(jù)Dhrystone benchmark的測評結(jié)果，采用新的Thumb.-2指令集架構(gòu)的Cortex-M3處理器，與執(zhí)行Thumb指令的ARM7TDMI-S.處理器相比，每兆赫的效率提高了70%，與執(zhí)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(nèi)嵌的產(chǎn)品問世，如TI公司推出的基于Cortex-A8內(nèi)核的OMAP3430，TI、ST和Luminary也推出了基于Cortex-M3內(nèi)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查詢。