嵌入式處理器

1、arm處理器以其性能高、成本低和能耗省等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，如嵌入式控制、消費(fèi)教育類(lèi)多媒體、dsp和移動(dòng)式應(yīng)用等。隨著與arm連手的制造商越來(lái)越多，arm款式的推出也日益增多，根據(jù)市場(chǎng)上應(yīng)用比較廣泛的arm類(lèi)型，arm內(nèi)核可分為arm7、arm9、arm10以及strongarm等幾類(lèi)。至2002年arm內(nèi)核的risc處理器在嵌入式領(lǐng)域占79％的市場(chǎng)份額，引領(lǐng)risc和嵌入式計(jì)算技術(shù)潮流，2002年arm在上海成立中國(guó)全資子公司

2、。十幾年來(lái)，arm公司設(shè)計(jì)了大理高性能、廉價(jià)、耗能低的risc處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點(diǎn)。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費(fèi)教育類(lèi)多媒體、dsp和移動(dòng)式應(yīng)用等。arm將其技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體、軟件和oem廠(chǎng)商，每個(gè)廠(chǎng)商得到的都是一套獨(dú)一無(wú)二的arm相關(guān)技術(shù)及服務(wù)。利用這種合伙關(guān)系，arm很快成為許多全球性risc標(biāo)準(zhǔn)的締造者。目前，總共有30家半導(dǎo)體公司與arm簽訂了硬件技術(shù)使用許可協(xié)議，其

3、中包括intel、ibm、lg半導(dǎo)體、nec、sony、phlips、samsung和國(guó)民半導(dǎo)體這樣的大公司。至于軟件系統(tǒng)的合伙人，則包括微軟、升陽(yáng)和mrj等一系列知名公司。其次是CISC（ComplexInstructionSetComputer，復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)）處理器體系，我們所熟知的Intel的X86處理器就屬于CISC體系，CISC體系其實(shí)是非常低效率的體系，其指令集結(jié)構(gòu)上背負(fù)了太多包袱，貪大求全，導(dǎo)致芯片結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度被極大的

4、提升。過(guò)去被應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)的X86處理器，多為舊世代的產(chǎn)品，比如說(shuō)，工業(yè)計(jì)算機(jī)中仍可常見(jiàn)數(shù)年前早已退出個(gè)人計(jì)算機(jī)市場(chǎng)的Pentium3處理器。由于此世代的產(chǎn)品效能與功耗比可以說(shuō)是過(guò)去X86體系的甜蜜點(diǎn)，加上已經(jīng)被市場(chǎng)長(zhǎng)久驗(yàn)證，穩(wěn)定性高，故常被應(yīng)用于效能需求不高，但穩(wěn)定性要求高的應(yīng)用中，如工控設(shè)備等產(chǎn)品。1、RISCRISC家族之家族之ARMARM處理器處理器ARM公司于1991年成立于英國(guó)劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。目前，采用A

5、RM技術(shù)智能財(cái)產(chǎn)（IP）核心的處理器，即我們通常所說(shuō)的ARM處理器，已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)等各類(lèi)產(chǎn)品市場(chǎng)，基于ARM技術(shù)的處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位RISC微處理器75％以上的市場(chǎng)，ARM技術(shù)不止逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面，我們甚至可以說(shuō)，ARM于人類(lèi)的生活環(huán)境中，已經(jīng)是不可或缺的一環(huán)。目前市面上常見(jiàn)的ARM處理器架構(gòu)，可分為ARM7、ARM9以及ARM11，新推出的Ctex系列尚在進(jìn)行開(kāi)發(fā)驗(yàn)證，市

6、面上還未有相關(guān)產(chǎn)品推出。ARM也是嵌入式處理器中首先推出多核心架構(gòu)的廠(chǎng)商。ARM首個(gè)多核心架構(gòu)為ARM11MPCe，架構(gòu)于原先的ARM11處理器核心之上。ARM11核心是發(fā)布于2002年10月份，為了進(jìn)一步提升效能，其管線(xiàn)長(zhǎng)度擴(kuò)展到8階，處理單元?jiǎng)t增加為預(yù)取、譯碼、發(fā)送、轉(zhuǎn)換MAC1、執(zhí)行MAC2、內(nèi)存存取MAC3和寫(xiě)入等八個(gè)單元，體系上屬于ARMV6指令集架構(gòu)。ARM11采用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的0.13μm制造制程，運(yùn)行頻率最高可達(dá)500到7

7、00MHz。如果采用90nm制程，ARM11核心的工作頻率能夠輕松達(dá)到1GHz以上—對(duì)于嵌入式處理器來(lái)說(shuō)，這顯然是個(gè)相當(dāng)驚人的程度，不過(guò)顯然1GHz在ARM11體系中不算是個(gè)均衡的設(shè)定，因此幾乎沒(méi)有廠(chǎng)商推出達(dá)到1GHz的ARM11架構(gòu)處理器。ARM11的邏輯核心也經(jīng)過(guò)大量的改進(jìn)，其中最重要的當(dāng)屬“靜動(dòng)態(tài)組合轉(zhuǎn)換的預(yù)測(cè)功能”。ARM11的執(zhí)行單元包含一個(gè)64位、4種狀態(tài)的地址轉(zhuǎn)換緩沖，它主要用來(lái)儲(chǔ)存最近使用過(guò)的轉(zhuǎn)換地址。當(dāng)采用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換預(yù)測(cè)

8、機(jī)制而無(wú)法在尋址緩沖內(nèi)找到正確的地址時(shí)，靜態(tài)轉(zhuǎn)換預(yù)測(cè)功能就會(huì)立刻接替它的位置。在實(shí)際測(cè)試中，單純采用動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率為88%，單純采用靜態(tài)預(yù)測(cè)機(jī)制的準(zhǔn)確率只有77%，而ARM11的靜動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)組合機(jī)制可實(shí)現(xiàn)92%的高準(zhǔn)確率。針對(duì)高時(shí)脈速度帶來(lái)功耗增加的問(wèn)題，ARM11采用一項(xiàng)名為“IEM（IntelligentEnergyManager）”的智能電源管理技術(shù)，該技術(shù)可根據(jù)任務(wù)負(fù)荷情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)處理器的電壓，進(jìn)而有效降低自身的功耗。這一系列改

9、進(jìn)讓ARM11的功耗效能比得以繼續(xù)提高，平均每MHz只需消耗0.6mW（有快取時(shí)為0.8mW）的電力，處理器的最高效能可達(dá)到660DhrystoneMIPS，遠(yuǎn)超過(guò)上一代產(chǎn)品。至于ARM11MPCe，其在架構(gòu)上與ARM11同樣屬于V6指令體系。根據(jù)不同應(yīng)用的需要，MPCe可以被配置為14個(gè)處理器的組合方式，根據(jù)官方資料，其最高性能約可達(dá)到2600DhrystoneMIPS的程度。MPCe是標(biāo)準(zhǔn)的同質(zhì)多核心處理器，組成MPCe的是4個(gè)基于