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，被廣泛應用于多種領(lǐng)域，如嵌入式控制、消費教育類多媒體、dsp和移動式應用等。隨著與arm連手的制造商越來越多，arm款式的推出也日益增多，根據(jù)市場上應用比較廣泛的arm類型，arm內(nèi)核可分為arm7、arm9、arm10以及strongarm等幾類。至2002年arm內(nèi)核的risc處理器在嵌入式領(lǐng)域占79％的市場份額，引領(lǐng)risc和嵌入式計算技術(shù)潮流，2002年arm在上海成立中國全資子公司

2、。十幾年來，arm公司設(shè)計了大理高性能、廉價、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。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費教育類多媒體、dsp和移動式應用等。arm將其技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導體、軟件和oem廠商，每個廠商得到的都是一套獨一無二的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標準的締造者。目前，總共有30家半導體公司與arm簽訂了硬件技術(shù)使用許可協(xié)議，其

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

4、提升。過去被應用在嵌入式系統(tǒng)的X86處理器，多為舊世代的產(chǎn)品，比如說，工業(yè)計算機中仍可常見數(shù)年前早已退出個人計算機市場的Pentium3處理器。由于此世代的產(chǎn)品效能與功耗比可以說是過去X86體系的甜蜜點，加上已經(jīng)被市場長久驗證，穩(wěn)定性高，故常被應用于效能需求不高，但穩(wěn)定性要求高的應用中，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年成立于英國劍橋，主要出售芯片設(shè)計技術(shù)的授權(quán)。目前，采用A

5、RM技術(shù)智能財產(chǎn)（IP）核心的處理器，即我們通常所說的ARM處理器，已遍及工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場，基于ARM技術(shù)的處理器應用約占據(jù)了32位RISC微處理器75％以上的市場，ARM技術(shù)不止逐步滲入到我們生活的各個方面，我們甚至可以說，ARM于人類的生活環(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系列尚在進行開發(fā)驗證，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)的廠商。ARM首個多核心架構(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，為了進一步提升效能，其管線長度擴展到8階，處理單元則增加為預取、譯碼、發(fā)送、轉(zhuǎn)換MAC1、執(zhí)行MAC2、內(nèi)存存取MAC3和寫入等八個單元，體系上屬于ARMV6指令集架構(gòu)。ARM11采用當時最先進的0.13μm制造制程，運行頻率最高可達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到1GHz以上—對于嵌入式處理器來說，這顯然是個相當驚人的程度，不過顯然1GHz在ARM11體系中不算是個均衡的設(shè)定，因此幾乎沒有廠商推出達到1GHz的ARM11架構(gòu)處理器。ARM11的邏輯核心也經(jīng)過大量的改進，其中最重要的當屬“靜動態(tài)組合轉(zhuǎn)換的預測功能”。ARM11的執(zhí)行單元包含一個64位、4種狀態(tài)的地址轉(zhuǎn)換緩沖，它主要用來儲存最近使用過的轉(zhuǎn)換地址。當采用動態(tài)轉(zhuǎn)換預測

8、機制而無法在尋址緩沖內(nèi)找到正確的地址時，靜態(tài)轉(zhuǎn)換預測功能就會立刻接替它的位置。在實際測試中，單純采用動態(tài)預測的準確率為88%，單純采用靜態(tài)預測機制的準確率只有77%，而ARM11的靜動態(tài)預測組合機制可實現(xiàn)92%的高準確率。針對高時脈速度帶來功耗增加的問題，ARM11采用一項名為“IEM（IntelligentEnergyManager）”的智能電源管理技術(shù)，該技術(shù)可根據(jù)任務(wù)負荷情況動態(tài)調(diào)節(jié)處理器的電壓，進而有效降低自身的功耗。這一系列改

9、進讓ARM11的功耗效能比得以繼續(xù)提高，平均每MHz只需消耗0.6mW（有快取時為0.8mW）的電力，處理器的最高效能可達到660DhrystoneMIPS，遠超過上一代產(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)不同應用的需要，MPCe可以被配置為14個處理器的組合方式，根據(jù)官方資料，其最高性能約可達到2600DhrystoneMIPS的程度。MPCe是標準的同質(zhì)多核心處理器，組成MPCe的是4個基于