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進入調(diào)試模式，從而可方便地進行斷點設(shè)置、單步調(diào)試。I功能模塊表示EmbeddedICE Logic，用于實現(xiàn)斷點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指令擴展)，其中ARM926EJ-S是最具代表性的。通過DSP和Java的指令擴展，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500Mhz以上(其中90nm工藝下，ARM1176可達到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使它特別適合于無線和消費類電子產(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。