基于ARM的處理器體系結(jié)構(gòu)

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開發(fā)第三章基于ARM的處理器體系結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容3.1ARM體系結(jié)構(gòu)3.1.1ARM微處理器結(jié)構(gòu)3.1.2ARM工作狀態(tài)3.1.3ARM微處理器的寄存器組織3.1.4ARM微處理器的指令結(jié)構(gòu)3.2ARM9處理器簡介3.2.1與ARM7處理器的比較3.2.2OMAP5912處理器簡介

ARM簡介ARM即AdvancedRISCMachines的縮寫。1985年4月26日，第一個(gè)ARM原型在英國劍橋的Acorn計(jì)算機(jī)有限公司誕生，由美國加州SanJoseVLSI技術(shù)公司制造。20世紀(jì)80年代后期，ARM很快開發(fā)成Acorn的臺式機(jī)產(chǎn)品，形成英國的計(jì)算機(jī)教育基礎(chǔ)。1990年成立了AdvancedRISCMachinesLimited。ARM簡介20世紀(jì)90年代，ARM32位嵌人式RISC（ReducedInstructionSetComputer）處理器擴(kuò)展到世界范圍，占據(jù)了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。32位RISC處理器受到青睞，領(lǐng)先的是ARM嵌入式微處理器系列。ARM公司雖然只成立10多年，但在1999年因移動電話火爆市場，其32位RISC處理器占市場份額超過了50%，2001年初，ARM公司的32位RISC處理器市場占有率超過了75%。ARM簡介ARM公司是知識產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，是設(shè)計(jì)公司。由合作伙伴公司來生產(chǎn)各具特色的芯片。ARM公司商業(yè)模式的強(qiáng)大之處在于其價(jià)格合理，全世界范圍有超過100個(gè)合作伙伴--包括半導(dǎo)體工業(yè)的著名公司。ARM公司專注于設(shè)計(jì)，其內(nèi)核耗電少、成本低、功能強(qiáng)，特有16/32位雙指令集。ARM已成為移動通信、手持計(jì)算、多媒體數(shù)字消費(fèi)等嵌入式解決方案的RISC標(biāo)準(zhǔn)。3.1ARM體系結(jié)構(gòu)3.1.1ARM微處理器結(jié)構(gòu)1.RISC設(shè)計(jì)思想傳統(tǒng)的復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（ComplexInstructionSetComputer，CISC）結(jié)構(gòu)有其固有的缺點(diǎn)，即隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而不斷引入新的復(fù)雜的指令集，為支持這些新增的指令，計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)會越來越復(fù)雜。3.1.1ARM微處理器結(jié)構(gòu)1.RISC設(shè)計(jì)思想1979年美國加州大學(xué)伯克利分校提出了RISC的概念。RISC并非只是簡單地去減少指令。RISC是一種設(shè)計(jì)思想，其目標(biāo)是設(shè)計(jì)出一套能在高時(shí)鐘頻率下單周期執(zhí)行、簡單而有效的指令集。RISC的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于降低由硬件執(zhí)行的指令的復(fù)雜度，因?yàn)檐浖扔布菀滋峁└蟮撵`活性和更高的智能。因此，RICS設(shè)計(jì)對編譯器有更高的要求。3.1.1ARM微處理器結(jié)構(gòu)CISC與RISC的不同RISC和CISC之間的主要區(qū)別指標(biāo)RISCCISC指令集一個(gè)周期執(zhí)行一條指令，通過簡單指令的組合實(shí)現(xiàn)復(fù)雜操作；指令長度固定指令長度不固定，執(zhí)行需要多個(gè)周期流水線流水線每周期前進(jìn)一步指令的執(zhí)行需要調(diào)用微代碼的一個(gè)微程序寄存器更多通用寄存器用于特定目的的專用寄存器Load/Store結(jié)構(gòu)獨(dú)立的Load和Store指令完成數(shù)據(jù)在寄存器和外部存儲器之間的傳輸處理器能夠直接處理存儲器中的數(shù)據(jù)RISC的4個(gè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（1）指令集RISC處理器減少了指令種類。RISC的指令種類只提供簡單的操作，使一個(gè)周期就可以執(zhí)行一條指令。編譯器或者程序員通過幾條簡單指令的組合來實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的操作（如除法操作）。RISC采用定長指令集，每條指令的長度都是固定的，允許流水線在當(dāng)前指令譯碼階段去取其下一條指令；而在CISC處理器中，指令長度通常不固定，執(zhí)行也需要多個(gè)周期。RISC的的4個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)準(zhǔn)則（2）流水水線指令的處理理過程被拆拆分成幾個(gè)個(gè)更小的、、能夠被流流水線并行行執(zhí)行的單單元。在理理想情況下下，流水線線每周期前前進(jìn)一步，，可獲得最最高的吞吐吐率；而CISC指指令的執(zhí)行行需要調(diào)用用微代碼的的一個(gè)微程程序。RISC的的4個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)準(zhǔn)則（3）寄存存器RISC處處理器擁有有更多的通通用寄存器器。每個(gè)寄寄存器都可可存放數(shù)據(jù)據(jù)或地址。。寄存器可可為所有的的數(shù)據(jù)操作作提供快速速的局部存存儲訪問；；而CISC處理器器都是用于于特定目的的的專用寄寄存器。RISC的的4個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)準(zhǔn)則（4）Load/Store結(jié)構(gòu)處理器只處處理寄存器器中的數(shù)據(jù)據(jù)。獨(dú)立的的load和store指令令用來完成成數(shù)據(jù)在寄寄存器和外外部存儲器器之間的傳傳送。因?yàn)闉樵L問存儲儲器很耗時(shí)時(shí)，所以把把存儲器訪訪問和數(shù)據(jù)據(jù)處理分開開。這樣有有一個(gè)好處處，就是可可反復(fù)地使使用保存在在寄存器中中的數(shù)據(jù)，，而避免多多次訪問存存儲器，從從而達(dá)到提提高程序執(zhí)執(zhí)行性能的的目的。3.1.1ARM微處理器器結(jié)構(gòu)2.ARM設(shè)計(jì)思思想為了使ARM指令集集能夠更好好地滿足嵌嵌入式應(yīng)用用的需要，，ARM指指令集和單單純的RISC定義義有以下幾幾個(gè)方面的的不同：一些特定的的指令周期期數(shù)可變內(nèi)嵌桶形移移位器產(chǎn)生生了更為復(fù)復(fù)雜的指令令Thumb16位位指令集條件執(zhí)行3.1.1ARM微處理器器結(jié)構(gòu)3.ARM微處理理器系列分分類及ARM體系的的變種當(dāng)前應(yīng)用較較為廣泛的的ARM微微處理器核核有ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E產(chǎn)產(chǎn)品系列，，每個(gè)系列列都提供了了一套特定定的性能來來滿足設(shè)計(jì)計(jì)者對功耗耗、性能和和體積的需需求。在ARM體體系中增加加的某些特特定功能稱稱為ARM體系的某某種變種（（variant））。ARM體系系的變種（1）Thumb指指令集（T變種）Thumb指令集是是將ARM指令集的的一個(gè)子集集重新編碼碼而形成的的一個(gè)指令令集。ARM指令長長度為32位，Thumb指指令長度為為16位。。與ARM指指令集相比比，Thumb指令令集具有一一定的局限限性，即完完成相同的的操作，Thumb指令通常常需要更多多的指令。。因此，在在對系統(tǒng)運(yùn)運(yùn)行時(shí)間要要求苛刻的的應(yīng)用場合合，ARM指令集更更為適合。。Thumb指指令集沒有包包含進(jìn)行異常常處理時(shí)需要要的一些指令令，所以在異異常中斷的低低級處理時(shí)，，還是需要使使用ARM指指令。這種限限制決定了Thumb指指令需要和ARM指令配配合使用。ARM體系的的變種（2）長乘法法指令（M變變種）M變種增加了了兩條用于進(jìn)進(jìn)行長乘法操操作的ARM指令：其中中一條指令用用于實(shí)現(xiàn)32位整數(shù)乘以以32位整數(shù)數(shù)，生成64位整數(shù)的長長乘法操作，，另一條指令令用于實(shí)現(xiàn)32位整數(shù)乘乘以32位整整數(shù)，然后再再加上32位位整數(shù)，生成成64位整數(shù)數(shù)的長乘加操操作。在需要這種長長乘法的應(yīng)用用場合，使用用M變種比較較合適。然而而，在有些應(yīng)應(yīng)用場合中，，乘法操作的的性能并不重重要，在系統(tǒng)統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)就不不適合增加M變種的功能能。ARM體系的的變種（3）增強(qiáng)型型DSP指令令（E變種））E變種包含了了一些附加的的指令，這些些指令用于增增強(qiáng)處理器對對一些典型DSP算法的的處理性能，，主要包括：：幾條新的實(shí)實(shí)現(xiàn)16位數(shù)數(shù)據(jù)乘法和乘乘加操作的指指令，實(shí)現(xiàn)飽飽和的帶符號號數(shù)的加減法法操作的指令令。所謂飽和的帶帶符號數(shù)的加加減法操作是是在加減法操操作溢出時(shí)，，結(jié)果并不進(jìn)進(jìn)行卷繞（wrappingaround）），而是使用用最大的正數(shù)數(shù)或最小的負(fù)負(fù)數(shù)來表示。。進(jìn)行雙字?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)操作的指指令，包括雙雙字讀取指令令LDRD、、雙字寫入指指令STRD和協(xié)處理器器的寄存器傳傳輸指令MCRR/MRRC、Cache預(yù)取取指令PLD。ARM體系的的變種（4）Java加速器Jazelle（J變種種）ARM的Jazelle技術(shù)將Java的優(yōu)勢勢和先進(jìn)的32位RISC芯片完美美地結(jié)合在一一起。Jazelle技技術(shù)提供了Java加速速功能，可以以得到比普通通Java虛虛擬機(jī)高得多多的性能。與與普通的Java虛擬機(jī)機(jī)相比，Jazelle使Java代碼運(yùn)行速速度提高了3倍，而功耗耗降低了80%。Jazelle技術(shù)使得得程序員可以以在一個(gè)單獨(dú)獨(dú)的處理器上上同時(shí)運(yùn)行Java應(yīng)用用程序、已經(jīng)經(jīng)建立好的操操作系統(tǒng)、中中間件以及其其他應(yīng)用程序序。與使用協(xié)協(xié)處理器和雙雙處理器相比比，使用單獨(dú)獨(dú)的處理器可可以在提供高高性能的同時(shí)時(shí)，保證低功功耗和低成本本。ARM體系的的變種（5）ARM媒體功能擴(kuò)擴(kuò)展（SIMD變種）ARM媒體功功能擴(kuò)展為嵌嵌入式應(yīng)用系系統(tǒng)提供了高高性能的音頻頻/視頻處理理技術(shù)。這就就要求處理器器能夠提供很很強(qiáng)的數(shù)字信信號處理能力力，同時(shí)還必必須保持低功功耗，以延長長電池的使用用時(shí)間。ARM的SIMD媒體功能能擴(kuò)展為這些些應(yīng)用需求提提供了解決方方案。SIMD變種種的主要特點(diǎn)點(diǎn)是：可以同同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)個(gè)16位操作作數(shù)或者4個(gè)個(gè)8位操作數(shù)數(shù)的運(yùn)算，提提供了小數(shù)算算術(shù)運(yùn)算，用用戶可以定義義飽和運(yùn)算的的模式，兩套套16位操作作數(shù)的乘加/乘減運(yùn)算，，32位乘以以32位的小小數(shù)MAC，，同時(shí)8位/16位選擇擇操作。3.1.1ARM微處處理器結(jié)構(gòu)4.ARM體系結(jié)構(gòu)的的命名規(guī)則ARM產(chǎn)品通通常以ARM[x][y][z][T][D][M][I][E][J][F][-S]形形式出現(xiàn)。后綴變量含義x系統(tǒng)，如ARM7、ARM9y存儲管理/保護(hù)單元zCacheTThumb16位譯碼器（T變種）DJTAG調(diào)試器M長乘法指令（M變種）I嵌入式跟蹤宏單元E增強(qiáng)型DSP指令（E變種）JJava加速器Jazelle（J變種）F向量浮點(diǎn)單元S可綜合版本ARM體系結(jié)結(jié)構(gòu)命名規(guī)則則附加要點(diǎn)ARM7TDMI之后的的所有ARM內(nèi)核，即使使“ARM””標(biāo)志后沒有有包含“TDMI”字符符，也都默認(rèn)認(rèn)包含了TDMI的功能能特性；JTAG是由由IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)測試試訪問端口和和邊界掃描結(jié)結(jié)構(gòu)來描述的的，是ARM用來發(fā)送和和接收處理器器內(nèi)核與測試試儀器之間調(diào)調(diào)試信息的一一系列協(xié)議；；嵌入式ICE宏單元是建建立在處理器器內(nèi)部用來設(shè)設(shè)置斷點(diǎn)和觀觀察點(diǎn)的調(diào)試試硬件；可綜合，意味味著處理器內(nèi)內(nèi)核是以源代代碼形式提供供的。這種源源代碼形式可可被編譯成一一種易于EDA工具使用用的形式。3.1.1ARM微處處理器結(jié)構(gòu)5.ARM微處理器系系列ARM微處理理器目前包括括下面幾個(gè)系系列，以及其其它廠商基于于ARM體系系結(jié)構(gòu)的處理理器，除了具具有ARM體體系結(jié)構(gòu)的共共同特點(diǎn)以外外，每一個(gè)系系列的ARM微處理器都都有各自的特特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域。ARM7系列列ARM9系系列ARM9E系系列ARM10E系列ARM11系系列SecurCore系系列Inter的的XscaleInter的StrongARMARM微處理理器系列（1）ARM7微處理器器系列ARM7內(nèi)核核采用馮·諾諾伊曼體系結(jié)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)和和指令使用同同一條總線。。內(nèi)核有一條條3級流水線線，執(zhí)行ARMv4指令令集。ARM7系列列微處理器主主要用于對功功耗和成本要要求比較苛刻刻的消費(fèi)類產(chǎn)產(chǎn)品。其最高高主頻可達(dá)130MIPS。ARM7系列列微處理器的的主要應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域?yàn)椋汗I(yè)業(yè)控制、Internet設(shè)備、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解解調(diào)器設(shè)備、、移動電話等等多種多媒體體和嵌入式應(yīng)應(yīng)用。ARM微處理理器系列ARM7微處處理器系列具具有如下特點(diǎn)點(diǎn)：具有嵌入式ICE－RT邏輯，調(diào)試試開發(fā)方便；；極低的功耗，，適合對功耗耗要求較高的的應(yīng)用；能夠提供0.9MIPS/MHz的的三級流水線線結(jié)構(gòu)；代碼密度高并并兼容16位位的Thumb指令集；；對操作系統(tǒng)的的支持廣泛，，包括WindowsCE、Linux、PalmOS等；指令系統(tǒng)與ARM9系列列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，，便于用戶的的產(chǎn)品升級換換代；主頻最高可達(dá)達(dá)130MIPS，高速速的運(yùn)算處理理能力能勝任任絕大多數(shù)的的復(fù)雜應(yīng)用。。ARM微處理理器系列（2）ARM9微處理器器系列ARM9系列列采用5級指指令流水線，，能夠運(yùn)行在在比ARM7更高的時(shí)鐘鐘頻率上，改改善了處理器器的整體性能能。ARM9的存儲器系系統(tǒng)根據(jù)哈佛佛體系結(jié)構(gòu)重重新設(shè)計(jì)，區(qū)區(qū)分了數(shù)據(jù)總總線和指令總總線。ARM9系列列的第一個(gè)處處理器是ARM920T，包含獨(dú)立立的數(shù)據(jù)指令令Cache和MMU。。該處理器能能夠被用在要要求有虛擬存存儲器支持的的操作系統(tǒng)上上。ARM9系列列微處理器主主要應(yīng)用于無無線設(shè)備、儀儀器儀表、安安全系統(tǒng)、機(jī)機(jī)頂盒、高端端打印機(jī)、數(shù)數(shù)字照相機(jī)和和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)機(jī)等。ARM微處理理器系列（3）ARM9E微處理理器系列ARM9E系系列微處理器器是ARM9內(nèi)核帶有E變種的一個(gè)個(gè)可綜合版本本，使用單一一的處理器內(nèi)內(nèi)核提供了微微控制器、DSP、Java應(yīng)用系系統(tǒng)的解決方方案，極大地地減少了芯片片的面積和系系統(tǒng)的復(fù)雜程程度。ARM9E系列微微處理器提供供了增強(qiáng)的DSP處理能能力，很適合合于那些需要要同時(shí)使用DSP和微控控制器的應(yīng)用用場合。ARM9E系系列微處理器器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM966E-S三種類類型。ARM微處理理器系列（4）ARM10E微處處理器系列ARM10E系列微處理理器具有高性性能、低功耗耗的特點(diǎn)，由由于采用了新新的體系結(jié)構(gòu)構(gòu)，采用6級級整數(shù)流水線線，與同等的的ARM9器器件相比較，，在同樣的時(shí)時(shí)鐘頻率下，，性能提高了了近50％。。同時(shí)，ARM10E系系列微處理器器采用了兩種種先進(jìn)的節(jié)能能方式，使其其功耗極低，，且提供了64位的Load/Store體系系，支持包括括向量操作的的、滿足IEEE754的浮點(diǎn)運(yùn)運(yùn)算協(xié)處理器器，系統(tǒng)集成成更加方便。。ARM微處處理器器系列列（5））ARM11微微處理理器系系列ARM1136J-S發(fā)發(fā)布于于2003年，，是針針對高高性能能和高高能效效應(yīng)而而設(shè)計(jì)計(jì)的。。ARM1136J-S是第第一個(gè)個(gè)執(zhí)行行ARMv6架架構(gòu)指指令的的處理理器。。它集集成了了一條條具有有獨(dú)立立的Load/Store和和算術(shù)術(shù)流水水線的的8級級流水水線。。ARMv6指指令包包含了了針對對媒體體處理理的單單指令令流多多數(shù)據(jù)據(jù)流擴(kuò)擴(kuò)展，，采用用特殊殊的設(shè)設(shè)計(jì)改改善視視頻處處理能能力。。ARM微處處理器器系列列（6））SecurCore微微處理理器系系列SecurCore系列列微處處理器器專為為安全全需要要而設(shè)設(shè)計(jì)，，提供供了完完善的的32位RISC技技術(shù)的的安全全解決決方案案，SecurCore系列列微處處理器器除了了具有有ARM體體系結(jié)結(jié)構(gòu)的的低功功耗、、高性性能的的特點(diǎn)點(diǎn)外，，還具具有其其獨(dú)特特的優(yōu)優(yōu)勢，，即提提供了了對安安全解解決方方案的的支持持。SecurCore系列列微處處理器器除了了具有有ARM體體系結(jié)結(jié)構(gòu)各各種主主要特特點(diǎn)外外，還還在系系統(tǒng)安安全方方面具具有如如下的的特點(diǎn)點(diǎn)：帶有靈靈活的的保護(hù)護(hù)單元元，以以確保保操作作系統(tǒng)統(tǒng)和應(yīng)應(yīng)用數(shù)數(shù)據(jù)的的安全全。采用軟軟內(nèi)核核技術(shù)術(shù)，防防止外外部對對其進(jìn)進(jìn)行掃掃描探探測。?？杉沙捎脩魬糇约杭旱陌舶踩靥匦院秃推渌麉f(xié)處處理器器。ARM微處處理器器系列列（7））StrongARM微微處理理器系系列IntelStrongARMSA-1100處處理理器器是是采采用用ARM體體系系結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)高高度度集集成成的的32位位RISC微微處處理理器器。。它它融融合合了了Inter公公司司的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)和和處處理理技技術(shù)術(shù)以以及及ARM體體系系結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的電電源源效效率率，，采采用用在在軟軟件件上上兼兼容容ARMv4體體系系結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)、、同同時(shí)時(shí)采采用用具具有有Intel技技術(shù)術(shù)優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)的的體體系系結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)。。IntelStrongARM處處理器是是便攜式式通訊產(chǎn)產(chǎn)品和消消費(fèi)類電電子產(chǎn)品品的理想想選擇，，已成功功應(yīng)用于于多家公公司的掌掌上電腦腦系列產(chǎn)產(chǎn)品。ARM微微處理器器系列（8）Xscale處處理器Xscale處處理器是是基于ARMv5TE體系結(jié)結(jié)構(gòu)的解解決方案案，是一一款全性性能、高高性價(jià)比比、低功功耗的處處理器。。它支持持16位位的Thumb指令和和DSP指令集集，已使使用在數(shù)數(shù)字移動動電話、、個(gè)人數(shù)數(shù)字助理理和網(wǎng)絡(luò)絡(luò)產(chǎn)品等等場合。。Xscale處處理器是是Intel目目前主要要推廣的的一款A(yù)RM微微處理器器。3.1ARM體系結(jié)結(jié)構(gòu)工工作狀態(tài)態(tài)從編程的的角度看看，ARM微處處理器的的工作狀狀態(tài)一般般有兩種種，并可可在兩種種狀態(tài)之之間切換換：第一種為為ARM狀態(tài)，，此時(shí)處處理器執(zhí)執(zhí)行32位的、、字對齊齊的ARM指令令；第二種為為Thumb狀狀態(tài)，此此時(shí)處理理器執(zhí)行行16位位的、半半字對齊齊的Thumb指令。。3.1ARM體系結(jié)結(jié)構(gòu)微微處理器器的寄存存器組織織ARM處處理器共共有37個(gè)寄存存器，被被分為若若干個(gè)組組（BANK）），這些些寄存器器包括：：31個(gè)通用寄寄存器，包括括程序計(jì)數(shù)器器（PC指針針），均為32位的寄存存器。6個(gè)狀態(tài)寄存存器，用以標(biāo)標(biāo)識CPU的的工作狀態(tài)及及程序的運(yùn)行行狀態(tài)，均為為32位，目目前只使用了了其中的一部部分。3.1ARM體系結(jié)構(gòu)構(gòu)3.1.4ARM微處處理器的指令令結(jié)構(gòu)ARM微處理理器在較新的的體系結(jié)構(gòu)中中支持兩種指指令集：ARM指令集和和Thumb指令集。其其中，ARM指令為32位的長度，，Thumb指令為16位長度。Thumb指指令集為ARM指令集的的功能子集，，但與等價(jià)的的ARM代碼碼相比較，可可節(jié)省30%~40%以以上的存儲空空間，同時(shí)具具備32位代代碼的所有優(yōu)優(yōu)點(diǎn)。主要內(nèi)容3.1ARM體系結(jié)構(gòu)構(gòu)3.1.1ARM微處處理器結(jié)構(gòu)3.1.2ARM工作作狀態(tài)3.1.3ARM微處處理器的寄存存器組織3.1.4ARM微處處理器的指令令結(jié)構(gòu)3.2ARM9處理器器簡介與與ARM7處理器的比比較3.2.2OMAP5912處理理器簡介3.2ARM9處理器器簡介ARM9系列列處理器是ARM公司設(shè)設(shè)計(jì)的主流嵌嵌入式處理器器，主要包括括ARM9TDMI和ARM9E-S等系列。。以手機(jī)應(yīng)用為為例，2G手手機(jī)只需提供供語音及簡單單的文字短信信功能，而2.5G和3G手機(jī)除了了提供這兩項(xiàng)項(xiàng)功能外，還還必須提供各各種其他的應(yīng)應(yīng)用功能。主主要包括：（1）無線線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備備：手機(jī)上上網(wǎng)、電子子郵件及其其他定位服服務(wù)等功能能；（2）PDA功能：：含有用戶戶操作系統(tǒng)統(tǒng)（WindowsCE、、SymbianOS、Linux等）及其其他功能；；（3）高性性能功能：：音頻播放放器、視頻頻電話、手手機(jī)游戲等等。3.2ARM9處處理器簡介介3.2.1與ARM7處理理器比較ARM7提提供了非常常好的性能能－功耗比比，它包含含了Thumb指令令集快速乘乘法指令和和ICE調(diào)調(diào)試技術(shù)的的內(nèi)核。ARM9處處理器通過過全新的設(shè)設(shè)計(jì)，采用用了更多的的晶體管，，能夠達(dá)到到兩倍以上上于ARM7處理器器的處理能能力。ARM7內(nèi)內(nèi)核是0.9MIPS/MHz的三級級流水線和和馮·諾伊伊曼結(jié)構(gòu)，，而ARM9內(nèi)核是是5級流水水線，提供供1.1MIPS/MHz的的哈佛結(jié)構(gòu)構(gòu)。3.2.1與ARM7處理理器比較1.體系系結(jié)構(gòu)不同同ARM7內(nèi)內(nèi)核采用馮馮·諾伊曼曼體系結(jié)構(gòu)構(gòu)，數(shù)據(jù)和和指令使用用同一條總總線。ARM9內(nèi)核核根據(jù)哈佛佛體系結(jié)構(gòu)構(gòu)重新設(shè)計(jì)計(jì)，區(qū)分了了數(shù)據(jù)總線線和指令總總線。（1）馮··諾伊曼結(jié)結(jié)構(gòu)3.2.1與ARM7處理理器比較1.體系系結(jié)構(gòu)不同同（2）哈佛結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu)的的特點(diǎn)是使使用兩個(gè)獨(dú)獨(dú)立的存儲儲器模塊，，分別存儲儲指令和數(shù)數(shù)據(jù)。3.2.1與ARM7處理理器比較在典型情況況下，完成成一條指令令需要3個(gè)個(gè)步驟，即即：取指令令、指令譯譯碼和執(zhí)行行指令。馮·諾伊曼曼結(jié)構(gòu)處理理器指令流流的定時(shí)關(guān)關(guān)系示意圖圖3.2.1與ARM7處理理器比較如果采用哈哈佛結(jié)構(gòu)處處理以上同同樣的3條條存取數(shù)指指令，由于于取指令和和存取數(shù)據(jù)據(jù)分別經(jīng)由由不同的存存儲空間和和不同的總總線，使得得各條指令令可以重疊疊執(zhí)行，這這樣，也就就克服了數(shù)數(shù)據(jù)流傳輸輸?shù)钠款i，，提高了運(yùn)運(yùn)算速度。。哈佛結(jié)構(gòu)處理理器指令流的的定時(shí)關(guān)系示示意圖與與ARM7處理器比較較2.時(shí)鐘頻頻率的提高ARM7處理理器采用3級級流水線，在在執(zhí)行級完成成了多個(gè)操作作，包括從寄寄存器讀取操操作數(shù)，傳給給移位寄存器器，傳給算術(shù)術(shù)邏輯單元ALU，把運(yùn)運(yùn)算結(jié)果寫回回寄存器。ARM7TDMI和ARM7TDMI-S流水水線與與ARM7處理器比較較2.時(shí)鐘頻頻率的提高ARM9采用用5級流水線線，ARM9TDMI和和ARM9E-S兩種設(shè)設(shè)計(jì)基本一樣樣，除了ARM9E-S內(nèi)核實(shí)現(xiàn)了了一個(gè)更復(fù)雜雜的乘加單元元，以支持ARMv5TE架構(gòu)新引引入的DSP增強(qiáng)指令集集。采用哈佛佛架構(gòu)避免了了數(shù)據(jù)訪問和和取指令對單單總線的使用用沖突。ARM9TDMI流水線線與與ARM7處理器比較較3.指令周周期的改進(jìn)（1）存儲器器讀寫指令Load/Store導(dǎo)致Load/Store指令時(shí)鐘鐘數(shù)目減少的的兩個(gè)微處理理器架構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)上的根本差差別：ARM9內(nèi)核核采用哈佛架架構(gòu)，有獨(dú)立立的指令和數(shù)數(shù)據(jù)存儲器接接口，允許CPU在取指指令的同時(shí)讀讀寫數(shù)據(jù)。而而ARM7內(nèi)內(nèi)核則只有一一個(gè)存儲器接接口，取指令令或數(shù)據(jù)訪問問都得經(jīng)由此此接口。ARM9內(nèi)核核的5級流水水線設(shè)計(jì)引入入了獨(dú)立的““存儲器（Memory）”和“寫寫回（WriteBack）”兩兩級流水線，，分別用于存存儲器讀寫和和把結(jié)果寫回回寄存器組。。與與ARM7處理器比較較3.指令周周期的改進(jìn)（2）互鎖技技術(shù)（interlocks）當(dāng)某一條指令令需要的源數(shù)數(shù)據(jù)由于前面面的指令仍未未執(zhí)行完而不不可用時(shí)，流流水線就會發(fā)發(fā)生互鎖?；ユi發(fā)生時(shí)，，在硬件上將將暫停該指令令的執(zhí)行，直直到需要的數(shù)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好為為止。有了互互鎖機(jī)制，ARM9得以以與以前ARM處理器保保持二進(jìn)制代代碼級別的兼兼容。在許多情況下下，編譯器或或者代碼編寫寫者可以通過過改變指令的的順序或者別別的一些技巧巧來減少互鎖鎖周期數(shù)。與與ARM7處理器比較較3.指令周周期的改進(jìn)（3）分支指指令A(yù)RM9和ARM7的分分支指令周期期是相同的。。ARM9TDMI和ARM9E-S不支持分分支預(yù)測。在在這些處理器器上，跳轉(zhuǎn)的的開銷相對不不那么重要。。實(shí)現(xiàn)分支預(yù)預(yù)測增加了邏邏輯開銷，導(dǎo)導(dǎo)致芯片尺寸寸增大，卻不不會帶來顯著著的性能提升升。分支指令A(yù)RM7TDMI和ARM7TDMI-SARM9TDMI和ARM9E-SBranchTaken（passesitsconditioncodecheck）33BranchTaken（failsitsconditioncodecheck）113.2ARM9處理器器簡介3.2.2OMAP5912處理理器介紹1.開開放放式多多媒體體應(yīng)用用平臺臺OMAPTI于于1999年5月推推出OMAP架架構(gòu)，，OMAP處理理器家家族目目前主主要有有三大大系列列。OMAP平平臺具具有可可擴(kuò)展展、靈靈活而而開放放的構(gòu)構(gòu)架，，長期期以來來一直直以最最佳性性能和和極低低功耗耗而著著稱。。使用用該平平臺設(shè)設(shè)計(jì)的的2.5G和3G手手機(jī)可可以實(shí)實(shí)現(xiàn)多多種應(yīng)應(yīng)用，，如語語言處處理、、視頻頻流、、電視視會議議、高高保真真音頻頻、定定位服服務(wù)、、安全全性、、游戲戲、移移動商商務(wù)、、個(gè)人人管理理等多多媒體體應(yīng)用用。OMAP處處理器器家族族3.2ARM9處處理器器簡介介處處理器器介紹紹2.OMAP5912處理理器OMAP5912處處理器器是OMAP1510系系列的的一個(gè)個(gè)分支支，是是由TI應(yīng)應(yīng)用最最為廣廣泛的的TMS320C55XDSP內(nèi)核核與低低功耗耗、高高性能能的ARM926EJ-S微微處理理器組組成的的雙核核應(yīng)用用處理理器，，這兩兩個(gè)內(nèi)內(nèi)核通通過一一種專專用的的處理理器內(nèi)內(nèi)部通通信機(jī)機(jī)制相相連接接。C55x系系列可可提供供對低低功耗耗應(yīng)用用的實(shí)實(shí)時(shí)多多媒體體處理理的支支持；；ARM926可滿滿足控控制和和接口口方面面的處處理需需要。?；谟陔p核核結(jié)構(gòu)構(gòu)，OMAP5912具具有極極強(qiáng)的的運(yùn)算算能力力和極極低的的功耗耗。OMAP5912內(nèi)內(nèi)部功功能框框圖3.2ARM9處處理器器簡介介處處理器器介紹紹3.常常用用的OMAP5912開開發(fā)工工具（1）OMAP5912StarterKit（OSK）（2））MU-Q-VGALCDModuleforOMAP5912（3））AcceleratorProgramforOMAP5912（4））RAPIDDEVELOPMENTKIT（（RDK）（5））PortableDataTermin