arm cpu的架構(gòu)及分類說明

ARM微處理器系列
ARM 微處理器目前包括下面幾個(gè)系列，以及其它廠商基于 ARM 體系結(jié)構(gòu)的處理器，除了具有
ARM 體系結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)以外，每一個(gè)系列的 ARM 微處理器都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。
－ ARM7 系列
－ ARM9 系列
－ ARM9E 系列
－ ARM10E 系列
－ ARM11系列
－ Cortex 系列
－ SecurCore 系列
－ OptimoDE Data Engines
－ Xcale
其中，ARM7、ARM9、ARM9E 和 ARM10 為4 個(gè)通用處理器系列，每一個(gè)系列提供一套相對獨(dú)特的性能來滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。SecurCore 系列專門為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。
以下我們來詳細(xì)了解一下各種處理器的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域。
ARM7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(jià)位和功耗要求較高的消費(fèi)
類應(yīng)用。ARM7 微處理器系列具有如下特點(diǎn)：
－ 具有嵌入式 ICE－RT 邏輯，調(diào)試開發(fā)方便。
－ 極低的功耗，適合對功耗要求較高的應(yīng)用，如便攜式產(chǎn)品。
－ 能夠提供 0.9MIPS/MHz 的三級流水線結(jié)構(gòu)。
－ 代碼密度高并兼容 16 位的 Thumb 指令集。
－ 對操作系統(tǒng)的支持廣泛，包括 Windows CE、Linux、Palm OS 等。
－ 指令系統(tǒng)與 ARM9 系列、ARM9E 系列和 ARM10E 系列兼容，便于用戶的產(chǎn)品升級換代。
－ 主頻最高可達(dá) 130MIPS，高速的運(yùn)算處理能力能勝任絕大多數(shù)的復(fù)雜應(yīng)用。
ARM7 系列微處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋?strong>工業(yè)控制、Internet 設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備、移
動(dòng)電話等多種多媒體和嵌入式應(yīng)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； ARM應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)詳解──基于S3C4510B的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3
M：內(nèi)嵌硬件乘法器（Multiplier）
I： 嵌入式 ICE，支持片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)；
Samsung公司的 S3C4510B 即屬于該系列的處理器。

ARM9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(diǎn)：
－ 5 級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。
－ 提供 1.1MIPS/MHz 的哈佛結(jié)構(gòu)。
－ 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(tǒng)。
－ MPU支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。
－ 支持?jǐn)?shù)據(jù) Cache 和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。
ARM9 系列微處理器主要應(yīng)用于無線設(shè)備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機(jī)頂盒、高端打印機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)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(yīng)用場合。

ARM9E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(nèi)核提供了微控制器、DSP、Java
應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案，極大的減少了芯片的面積和系統(tǒng)的復(fù)雜程度。ARM9E 系列微處理器提供了
增強(qiáng)的 DSP 處理能力，很適合于那些需要同時(shí)使用 DSP 和微控制器的應(yīng)用場合。
ARM9E 系列微處理器的主要特點(diǎn)如下：
－ 支持 DSP 指令集，適合于需要高速數(shù)字信號處理的場合。
－ 5 級整數(shù)流水線，指令執(zhí)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(diǎn)處理協(xié)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(tǒng)。
－ MPU支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。
－ 支持?jǐn)?shù)據(jù) Cache 和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。
－ 主頻最高可達(dá) 300MIPS。

ARM9 系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無線設(shè)備、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等領(lǐng)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(yīng)用場合。

ARM10E系列
ARM10E 系列微處理器具有高性能、 低功耗的特點(diǎn)， 由于采用了新的體系結(jié)構(gòu)， 與同等的 ARM9器件相比較，在同樣的時(shí)鐘頻率下，性能提高了近 50％，同時(shí)，ARM10E 系列微處理器采用了兩種先進(jìn)的節(jié)能方式，使其功耗極低。
ARM10E 系列微處理器的主要特點(diǎn)如下：
－ 支持 DSP 指令集，適合于需要高速數(shù)字信號處理的場合。 ARM應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)詳解──基于S3C4510B的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4
－ 6 級整數(shù)流水線，指令執(zhí)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(diǎn)處理協(xié)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(tǒng)。
－ 支持?jǐn)?shù)據(jù) Cache 和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力
－ 主頻最高可達(dá) 400MIPS。
－ 內(nèi)嵌并行讀/寫操作部件。
ARM10E 系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無線設(shè)備、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、通信和信息系統(tǒng)等領(lǐng)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(yīng)用場合。

ARM11系列
ARM11系列微處理器是ARM公司近年推出的新一代RISC處理器，它是ARM新指令架構(gòu)——ARMv6的第一代設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。該系列主要有ARM1136J,ARM1156T2和RM1176JZ三個(gè)內(nèi)核型號，分別針對不同應(yīng)用領(lǐng)域?！　?br />ARMv6架構(gòu)通過以下幾點(diǎn)來增強(qiáng)處理器的性能：

　　·多媒體處理擴(kuò)展
　　使MPEG4編碼/解碼加快一倍
　　音頻處理加快一倍
　　·增強(qiáng)的Cache結(jié)構(gòu)
　　實(shí)地址Cache
　　減少Cache的刷新和重載
　　減少上下文切換的開銷
　　·增強(qiáng)的異常和中斷處理
　　使實(shí)時(shí)任務(wù)的處理更加迅速= 支持Unaligned和Mixed-endian數(shù)據(jù)訪問
　　使數(shù)據(jù)共享、軟件移植更簡單，也有利于節(jié)省存儲(chǔ)器空間
對絕大多數(shù)應(yīng)用來說，ARMv6保持了100%的二進(jìn)制向下兼容，使用戶過去開發(fā)的程序可以進(jìn)一步繼承下去。ARMv6 保持了所有過去架構(gòu)中的T（Thumb指令）和E（DSP指令）擴(kuò)展，使代碼壓縮和DSP處理特點(diǎn)得到延續(xù)；為了加速Java代碼執(zhí)行速度的ARM Jazalle技術(shù)也繼續(xù)在ARMv6架構(gòu)中發(fā)揮重要作用。
ARM11處理器是為了有效的提供高性能處理能力而設(shè)計(jì)的。在這里需要強(qiáng)調(diào)的是，ARM并不是不能設(shè)計(jì)出運(yùn)行在更高頻率的處理器，而是，在處理器能提供超高性能的同時(shí)，還要保證功耗、面積的有效性。ARM11優(yōu)秀的流水線設(shè)計(jì)是這些功能的重要保證。

Cortex系列
新的ARM Cortex處理器系列包括了ARMv7架構(gòu)的所有系列，含有面向復(fù)雜操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)的和微控制器應(yīng)用的多種處理器。ARM Cortex-A系列是針對日益增長的，運(yùn)行包括Linux、Windows CE和Symbian在內(nèi)的操作系統(tǒng)的消費(fèi)者娛樂和無線產(chǎn)品設(shè)計(jì)的；ARM Cortex-R系列針對的是需要運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來進(jìn)行控制應(yīng)用的系統(tǒng)，包括有汽車電子、網(wǎng)絡(luò)和影像系統(tǒng)；ARM Cortex-M系列則是為那些對開發(fā)費(fèi)用非常敏感同時(shí)對性能要求不斷增加的嵌入式應(yīng)用所設(shè)計(jì)的
ARM Cortex-M系列支持Thumb-2指令集，它是Thumb指令集的擴(kuò)展集，可以執(zhí)行所有已存的為早期的處理器編寫的代碼。通過一個(gè)前向的轉(zhuǎn)換方式，為ARM Cortex-M系列處理器所寫的用戶代碼可以與ARM Cortex-R系列微處理器完全兼容。ARM Cortex-M系列系統(tǒng)代碼(例如實(shí)時(shí)操作系統(tǒng))可以很容易地移植到基于ARM Cortex-R系列的系統(tǒng)。ARM Cortex-A和-R系列處理器還支持ARM 32位指令集，向后完全兼容早期的ARM處理器，包括從1995年發(fā)布的ARM7TDMI處理器到最近的ARM11處理器系列。
在命名方式上，基于ARMv7架構(gòu)的ARM處理器已經(jīng)不再延用過去的數(shù)字命名方式，而是冠以Cortex的代號?；趘7A的稱為"Cortex-A系列"，基于v7R的稱為"Cortex-R系列"，基于v7M的稱為"Cortex-M3"。
Cortex-M系列處理器主要包含ARM Cortex-M1, ARM Cortex-M3兩款處理器。
Cortex-R系列處理器目前包括ARM Cortex-R4和ARM Cortex-R4F兩個(gè)型號，主要適用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)的嵌入式處理器。
Cortex-A系列處理器目前包括ARM Cortex-A8, ARM Cortex-A9-MPCore, ARM Cortex-A9-Single Core Processor。

SecurCore系列
SecurCore 系列微處理器專為安全需要而設(shè)計(jì)，提供了完善的 32 位 RISC 技術(shù)的安全解決方案，
因此，SecurCore 系列微處理器除了具有 ARM 體系結(jié)構(gòu)的低功耗、高性能的特點(diǎn)外，還具有其獨(dú)特
的優(yōu)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(jié)構(gòu)各種主要特點(diǎn)外， 還在系統(tǒng)安全方面具有如下
的特點(diǎn)：
－ 帶有靈活的保護(hù)單元，以確保操作系統(tǒng)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的安全。
－ 采用軟內(nèi)核技術(shù)，防止外部對其進(jìn)行掃描探測。
－ 可集成用戶自己的安全特性和其他協(xié)處理器。
SecurCore 系列微處理器主要應(yīng)用于一些對安全性要求較高的應(yīng)用產(chǎn)品及應(yīng)用系統(tǒng)，如電子商
務(wù)、電子政務(wù)、電子銀行業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)和認(rèn)證系統(tǒng)等領(lǐng)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(yīng)用場合。

OptimoDE Data Engines
ARM的OptimoDE Data Engine是許可使用的IP，它具有一個(gè)相關(guān)工具環(huán)境、一個(gè)數(shù)據(jù)路徑函數(shù)資源庫以及具有各種并行機(jī)制和性能的預(yù)配置微結(jié)構(gòu)。OptimoDE定位于高性能嵌入式信號處理應(yīng)用，開發(fā)者能夠使用它作為單機(jī)處理器或具有微處理器核的設(shè)計(jì)中。它支持并行性、虛擬無限的數(shù)據(jù)路徑配置（包括混合寬度）、用戶擴(kuò)展以及訪問固定功能或可編
程的數(shù)據(jù)引擎。OptimoDE Data Engine與ARM的DSP接口規(guī)范兼容，這種接口規(guī)范規(guī)定了核與核之間基于郵箱的指令控制訊息和大量數(shù)據(jù)傳送的接口、糾錯(cuò)和追蹤接口以及多核糾錯(cuò)協(xié)議、還有針對處理器交互通信的軟件API。
　　通過支持可編程性能，OptimoDE設(shè)計(jì)流程使設(shè)計(jì)者能夠凍結(jié)Data Engine的結(jié)構(gòu)，繼續(xù)通過軟件改變來調(diào)整算法。這種方法使具有相似要求的多個(gè)算法能夠使用同樣的Data Engine硬件。在開發(fā)者將設(shè)計(jì)提交給工廠或者批量供應(yīng)后，他們還能重新編程OptimoDE Data Engine，重新生成代碼來包容增加的設(shè)計(jì)改進(jìn)或替代算法，而不用改變底層的硬件結(jié)構(gòu)。
　　工具環(huán)境使設(shè)計(jì)者能夠配置和擴(kuò)展數(shù)據(jù)路徑資源單元的類型和數(shù)目。設(shè)計(jì)者還能配置本地存儲(chǔ)的類型和大小以及交互連接的級別。ARM提供一個(gè)C 編譯器和性能分析工具，開發(fā)者使用它們用C或C++來對OptimoDE Data Engine進(jìn)行編程。一旦數(shù)據(jù)引擎在一個(gè)設(shè)計(jì)中組合應(yīng)用，OptimoDE工具環(huán)境就能夠自動(dòng)生成仿真模型，設(shè)計(jì)者使用它可以驗(yàn)證集成過程。 OptimoDE Data Engine具有AMBA兼容特性并能和ARM的多種系統(tǒng)IP一起工作。
Xscale系列
Xscale 處理器是基于 ARMv5TE體系結(jié)構(gòu)的解決方案，是一款全性能、高性價(jià)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(shù)字移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)
品等場合。
Xscale 處理器是以前Intel主要推廣的一款A(yù)RM微處理器. 但在2006年11月8日，Marvell完成了對英特爾公司手機(jī)和應(yīng)用處理器業(yè)務(wù)部門的收購。根據(jù)該項(xiàng)收購協(xié)議，英特爾將在2008年6月前為Marvell制造和供應(yīng)芯片.