ARM7、ARM9和ARM11到底有什么不同?
欄目:技術專題 發布時間:2020-09-04
ARM處理器是英國Acorn有限公司設計的低功耗成本的第一款RISC微處理器。全稱為Advanced RISC Machine。

ARM處理器是英國Acorn有限公司設計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位設計,但也配備16位指令集,一般來講比等價32位代碼節省達35%,卻能保留32位系統的所有優勢。本文主要詳解ARM7_ARM9ARM11的區別,具體的跟隨小編一起來了解一下。

 

ARM7_ARM9ARM11的區別

1、時鐘頻率的提高

雖然內核架構相同,但ARM7處理器采用3級流水線的馮·諾伊曼結構;ARM9采用5級流水線的哈佛結構,ARM118級流水線哈弗結構(arm9開始都采用了哈弗結構)。增加的流水線設計提高了時鐘頻率和并行處理能力。5級流水線能夠將每一個指令處理分配到5個時鐘周期內,在每一個時鐘周期內同時有5個指令在執行。在常用的芯片生產工藝 下,ARM7一般運行在100MHz左右,而ARM9則至少在200MHz以上.ARM11首先推出350M~500MHz時鐘頻率的內核, 目前上升到1GHz時鐘頻率。

2、指令周期的改進

指令周期的改進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行時指令的重疊,這實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(內存管理單元)

ARM7一般沒有MMU(內存管理單元),(ARM720TMMU)。

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

ARM11當然也有MMU的。

這一條很重要,MMU單元是大型操作系統必需的硬件支持,如LINUX;WINCE等。這就是說,ARM7一般只能運行小型的實時系統如UCOS-II,eCOS等,而ARM9無此限制,一般的操作系統都可以移植。其實即使ARM720T能支持LINUX;WINCE等系統,也鮮有人用,因為以ARM7的運行速度跑這種大型操作系統,實在有點吃力。再者兩者的應用領域明顯不同,也無此必要。

下面兩個圖:架構一幕了然。

 

 

4、在從ARM7ARM9,ARM11的平臺轉變過程中,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;并且開發人員面對的編程模型和架構基礎也保持一致。

下面圖是一些特征比較:

 

ARM7_ARM9ARM11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軟件調試方式,適用于更大規模的SoC設計中。ARM7TDMI基于ARM體系結構V4版本,是目前低端的ARM核。

ARM7處理器特點:

ARM7內核是0.9MIPS/MHz的三級流水線和馮·諾伊曼結構,能夠將每一個指令處理分配到3個時鐘周期內,在每一個時鐘周期內同時有3個指令在執行。

互鎖技術:

當指令需要的數據因為以前的指令沒有執行完而沒有準備好就會產生管道自鎖互鎖。當管道互鎖發生時,硬件會停止這個指令的執行,直到數據準備好為止。雖然這種技術會增加代碼執行時間,但是為初期的設計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計代碼的順序或者其他方法來減少管道互鎖的數量。

CPU內核:

小型、快速、低能耗、集成式RISC內核,用于移動通信。

體系擴展:

16位系統的成本,提供32RISC性能,特別注意的是它所需的內存容量非常小。

嵌入式ICE調試:

由于集成了類似于ICECPU內核調試技術,所以原型設計和系統芯片的調試得到了極大的簡化。

 

ARM9簡介

ARM9系列處理器是英國ARM公司設計的主流嵌入式處理器,主要包括ARM9TDMIARM9E-S等系列。

ARM9采用哈佛體系結構,指令和數據分屬不同的總線,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。由于結構不同,ARM7的執行效率低于ARM9。平時所說的ARM7、ARM9實際上指的是ARM7TDMI、ARM9TDMI軟核,這種處理器軟核并不帶有MMUcache,不能夠運行諸如linux這樣的嵌入式操作系統。而ARM公司對這種架構進行了擴展,所以有了ARM710T、ARM720T、ARM920T、ARM922T等帶有MMUcache的處理器內核。

ARM9優勢

1)時鐘頻率的提高

雖然ARM7ARM9內核架構相同,但ARM7處理器采用3級流水線的馮·諾伊曼結構;,而ARM9采用5級流水線的哈佛結構。增加的流水線設計提高了時鐘頻率和并行處理能力。5級流水線能夠將每一個指令處理分配到5個時鐘周期內,在每一個時鐘周期內同時有5個指令在執行。在常用的芯片生產工藝下,ARM7一般運行在100MHz左右,而ARM9則至少在200MHz以上。

2)指令周期的改進

指令周期的改進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行時指令的重疊,這實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(內存管理單元)

ARM7一般沒有MMU(內存管理單元),(ARM720TMMU)。

ARM9一般是有MMU的,ARM9940T只有MPU ,不是一個完整的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——ARMv6的第一代設計實現。該系列主要有ARM1136J,ARM1156T2ARM1176JZ三個內核型號,分別針對不同應用領域。

ARM11體系結構

實現新一代微處理器的第一步就是訂立一個新的結構體系。這里所說的結構體系只是對處理器行為進行描述,并不包括具體地指定處理器是如何被建造的。結構體系的定義提供了處理器和外界(操作系統,應用程序和調試支持)的接口,從細節上說,處理器結構體系定義了指令集、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—ARMv6,發布于200110月,它建立于過去十年ARM許多成功的結構體系基礎上。同處理器的授權相似,ARM也向客戶授權它的結構體系。比如,以前IntelXScale就是基于ARMv5TE的處理器。

ARM11處理器的內核特點

ARM11處理器是為了有效的提供高性能處理能力而設計的。在這里需要強調的是,ARM并不是不能設計出運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,還要保證功耗、面積的有效性。ARM11優秀的流水線設計是這些功能的重要保證。

ARM11目標應用

ARMv6架構是根據下一代的消費類電子、無線設備、網絡應用和汽車電子產品等需求而制定的。ARM11的媒體處理能力和低功耗特點,特別適用于無線和消費類電子產品;其高數據吞吐量和高性能的結合非常適合網絡處理應用;另外,也在實時性能和浮點處理等方面ARM11可以滿足汽車電子應用的需求??梢灶A言,基于ARMv6體系結構的ARM11系列處理器將在上述領域發揮巨大的作用。


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