ARM7、ARM9和ARM11到底有什么不同？

　　ARM處理器是英國Acorn有限公司設(shè)計(jì)的低功耗成本的第一款RISC微處理器。全稱為Advanced RISC Machine。ARM處理器本身是32位設(shè)計(jì)，但也配備16位指令集，一般來講比等價(jià)32位代碼節(jié)省達(dá)35%，卻能保留32位系統(tǒng)的所有優(yōu)勢。本文主要詳解ARM7_ARM9和ARM11的區(qū)別，具體的跟隨小編一起來了解一下。

　　ARM7_ARM9和ARM11的區(qū)別

　　1、時(shí)鐘頻率的提高

　　雖然內(nèi)核架構(gòu)相同，但ARM7處理器采用3級流水線的馮·諾伊曼結(jié)構(gòu);而ARM9采用5級流水線的哈佛結(jié)構(gòu)，ARM11為8級流水線哈弗結(jié)構(gòu)(從arm9開始都采用了哈弗結(jié)構(gòu))。增加的流水線設(shè)計(jì)提高了時(shí)鐘頻率和并行處理能力。5級流水線能夠?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。在常用的芯片生產(chǎn)工藝 下，ARM7一般運(yùn)行在100MHz左右，而ARM9則至少在200MHz以上.ARM11首先推出350M~500MHz時(shí)鐘頻率的內(nèi)核， 目前上升到1GHz時(shí)鐘頻率。

　　2、指令周期的改進(jìn)

　　指令周期的改進(jìn)對于處理器性能的提高有很大的幫助。性能提高的幅度依賴于代碼執(zhí)行時(shí)指令的重疊，這實(shí)際上是程序本身的問題。對于采用最高級的語言，一般來說，性能的提高在30%左右。

　　3、MMU(內(nèi)存管理單元)

　　ARM7一般沒有MMU(內(nèi)存管理單元)，(ARM720T有MMU)。

　　ARM9一般是有MMU的，ARM9940T只有MPU，不是一個(gè)完整的MMU。

　　ARM11當(dāng)然也有MMU的。

　　這一條很重要，MMU單元是大型操作系統(tǒng)必需的硬件支持，如LINUX;WINCE等。這就是說，ARM7一般只能運(yùn)行小型的實(shí)時(shí)系統(tǒng)如UCOS-II，eCOS等，而ARM9無此限制，一般的操作系統(tǒng)都可以移植。其實(shí)即使ARM720T能支持LINUX;WINCE等系統(tǒng)，也鮮有人用，因?yàn)橐訟RM7的運(yùn)行速度跑這種大型操作系統(tǒng)，實(shí)在有點(diǎn)吃力。再者兩者的應(yīng)用領(lǐng)域明顯不同，也無此必要。

　　下面兩個(gè)圖：架構(gòu)一幕了然。

　　4、在從ARM7到ARM9，ARM11的平臺轉(zhuǎn)變過程中，有一件事情是非常值得慶幸的，即ARM9，ARM11能夠地向后兼容ARM7上的軟件;并且開發(fā)人員面對的編程模型和架構(gòu)基礎(chǔ)也保持一致。

　　下面圖是一些特征比較：

　　ARM7_ARM9和ARM11詳解

　　ARM7簡介

　　ARM7系列包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、帶有高速緩存處理器宏單元的ARM720T。該系列處理器提供Thumb 16位壓縮指令集和EmbededICE軟件調(diào)試方式，適用于更大規(guī)模的SoC設(shè)計(jì)中。ARM7TDMI基于ARM體系結(jié)構(gòu)V4版本，是目前低端的ARM核。

　　ARM7處理器特點(diǎn)：

　　ARM7內(nèi)核是0.9MIPS/MHz的三級流水線和馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒚恳粋€(gè)指令處理分配到3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3個(gè)指令在執(zhí)行。

　　互鎖技術(shù)：

　　當(dāng)指令需要的數(shù)據(jù)因?yàn)橐郧暗闹噶顩]有執(zhí)行完而沒有準(zhǔn)備好就會產(chǎn)生管道自鎖互鎖。當(dāng)管道互鎖發(fā)生時(shí)，硬件會停止這個(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重新設(shè)計(jì)代碼的順序或者其他方法來減少管道互鎖的數(shù)量。

　　CPU內(nèi)核：

　　小型、快速、低能耗、集成式RISC內(nèi)核，用于移動通信。

　　體系擴(kuò)展：

　　以16位系統(tǒng)的成本，提供32位RISC性能，特別注意的是它所需的內(nèi)存容量非常小。

　　嵌入式ICE調(diào)試：

　　由于集成了類似于ICE的CPU內(nèi)核調(diào)試技術(shù)，所以原型設(shè)計(jì)和系統(tǒng)芯片的調(diào)試得到了極大的簡化。

　　ARM9簡介

　　ARM9系列處理器是英國ARM公司設(shè)計(jì)的主流嵌入式處理器，主要包括ARM9TDMI和ARM9E-S等系列。

　　ARM9采用哈佛體系結(jié)構(gòu)，指令和數(shù)據(jù)分屬不同的總線，可以并行處理。在流水線上，ARM7是三級流水線，ARM9是五級流水線。由于結(jié)構(gòu)不同，ARM7的執(zhí)行效率低于ARM9。平時(shí)所說的ARM7、ARM9實(shí)際上指的是ARM7TDMI、ARM9TDMI軟核，這種處理器軟核并不帶有MMU和cache，不能夠運(yùn)行諸如linux這樣的嵌入式操作系統(tǒng)。而ARM公司對這種架構(gòu)進(jìn)行了擴(kuò)展，所以有了ARM710T、ARM720T、ARM920T、ARM922T等帶有MMU和cache的處理器內(nèi)核。

　　ARM9優(yōu)勢

　　1)時(shí)鐘頻率的提高

　　雖然ARM7和ARM9內(nèi)核架構(gòu)相同，但ARM7處理器采用3級流水線的馮·諾伊曼結(jié)構(gòu);，而ARM9采用5級流水線的哈佛結(jié)構(gòu)。增加的流水線設(shè)計(jì)提高了時(shí)鐘頻率和并行處理能力。5級流水線能夠?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。在常用的芯片生產(chǎn)工藝下，ARM7一般運(yùn)行在100MHz左右，而ARM9則至少在200MHz以上。

　　2)指令周期的改進(jìn)

　　指令周期的改進(jìn)對于處理器性能的提高有很大的幫助。性能提高的幅度依賴于代碼執(zhí)行時(shí)指令的重疊，這實(shí)際上是程序本身的問題。對于采用最高級的語言，一般來說，性能的提高在30%左右。

　　3)MMU(內(nèi)存管理單元)

　　ARM7一般沒有MMU(內(nèi)存管理單元)，(ARM720T有MMU)。

　　ARM9一般是有MMU的，ARM9940T只有MPU ，不是一個(gè)完整的MMU。

　　ARM11簡介

　　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ARM1176JZ三個(gè)內(nèi)核型號，分別針對不同應(yīng)用領(lǐng)域。

　　ARM11體系結(jié)構(gòu)

　　實(shí)現(xiàn)新一代微處理器的第一步就是訂立一個(gè)新的結(jié)構(gòu)體系。這里所說的結(jié)構(gòu)體系只是對處理器行為進(jìn)行描述，并不包括具體地指定處理器是如何被建造的。結(jié)構(gòu)體系的定義提供了處理器和外界(操作系統(tǒng)，應(yīng)用程序和調(diào)試支持)的接口，從細(xì)節(jié)上說，處理器結(jié)構(gòu)體系定義了指令集、編程模式和最近的存儲器之間的接口。最新的ARM處理器架構(gòu)—ARMv6，發(fā)布于2001年10月，它建立于過去十年ARM許多成功的結(jié)構(gòu)體系基礎(chǔ)上。同處理器的授權(quán)相似，ARM也向客戶授權(quán)它的結(jié)構(gòu)體系。比如，以前Intel的XScale就是基于ARMv5TE的處理器。

　　ARM11處理器的內(nèi)核特點(diǎn)

　　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。

　　ARM11目標(biāo)應(yīng)用

　　ARMv6架構(gòu)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。ARM11的媒體處理能力和低功耗特點(diǎn)，特別適用于無線和消費(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，也在實(shí)時(shí)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?？梢灶A(yù)言，基于ARMv6體系結(jié)構(gòu)的ARM11系列處理器將在上述領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用。