ARM指令集的歷史
作者:xdpeter提交日期:2006年4月-12 20: 01: 00
第2章介紹了典型的ARM架構。
壹、版本介紹
到目前為止，ARM架構* * *已經定義了六個版本，版本號分別為1-6。同時，每個版本中都有壹些變體。在這裏，壹些特定的功能稱為ARM架構的變體，比如支持Thumb指令集，稱為T變體。長乘法指令(M變體)、ARM媒體功能擴展(SIMD)變體、支持JAVA的J變體以及E變體增強功能。
目前ARM處理器核心有六大系列產品:ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、SecurCore以及最新的ARM11系列。下表顯示了英特爾XScale微體系結構和StrongARM產品的性能。
ARM7性能特征
緩存大小
(指令/數據)存儲器管理單元
緊密耦合存儲器
(中醫)爵士樂
拇指
死後無子女。
AHB接口
ARM7TDMI壹無所有，壹無所有，壹無所有。
ARM7TDMI-S什麽都沒有，什麽都沒有，什麽都沒有
ARM7EJ-S壹無所有，壹無所有，壹無所有。
ARM720T 8K MMU什麽都沒有。
ARM7采用ARMV4T(Newman)結構，分為三級流水線和空間統壹的指令和數據緩存。平均功耗0.6mW/MHz，時鐘速度66MHz，每條指令平均執行65，438+0.9個時鐘周期。其中ARM710、ARM720、ARM740是內置緩存的ARM核。具有以下特點:
-采用嵌入式ICE-RT邏輯，調試和開發方便。
-功耗極低，適用於高功耗要求的應用，如便攜式產品。
-它可以提供0.9兆位/兆赫的三級流水線結構。
-代碼密度高，兼容16位Thumb指令集。
-廣泛支持操作系統，包括Windows CE、Linux、Palm OS等。
-指令系統兼容ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列，方便用戶升級產品。
-最高頻率可達130 IPS，高速運算處理能力可勝任大部分復雜應用。
ARM7系列微處理器的主要應用領域有:工業控制、互聯網設備、網絡和調制解調器設備、手機等多媒體和嵌入式應用。ARM7系列微處理器包括以下類型的內核:ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T和ARM7EJ。其中ARM7TMDI是應用最廣泛的32位嵌入式RISC處理器，屬於低端ARM處理器核心。TDMI的基本含義是:t:支持16作為壓縮指令集Thumb；d:支持片上調試；m:嵌入式硬件乘法器)I:嵌入式ICE，支持片上斷點和調試點；
從ARM提供的ARM7數據表可以看出，ARM7是32位RISC架構，結構相對簡單。與具有五級流水線的壹般32位RISC結構相比，流水線的設計被簡化。壹方面限制了ARM7芯片性能的提升，另壹方面使得ARM7的結構更加簡單，不必考慮多級流水線中需要解決的沖突等復雜棘手的問題，有利於簡化設計，提高設計的正確性和有效性。
由於指令長度和格式的限制，在ARM7的通用指令中，只能訪問4位寄存器空間，這與其他32位RISC架構可以訪問5位和6位寄存器空間不同。ARM7允許用戶通過特殊模式轉換訪問其他15通用寄存器。
ARM7的所有指令都是有條件執行的。這在目前主流的32位RISC架構中並不多見。通過在指令中設置條件域，編譯器可以有條件地完成指令的條件執行功能，優化編譯效果。此外，由於條件字段的引入，在設計流水線時需要考慮解碼後的指令能否執行。
ARM7中除了存儲器訪問指令以外的所有指令都是基於寄存器進行操作的，這是典型的RISC設計思想。
註:arm架構的版本和命名方式。
arm架構* * *定義了六個版本，版本號分別為1 ~ 6。
arm系統的變體:壹些特定的功能被稱為arm系統的變體。
#T variant (Thumb指令集)代表Thumb，可以從16位指令集擴展到32位ARM指令集。
#D:代表Debug，用於調試的結構放在內核中。通常是邊界掃描鏈JTAG，可以使CPU進入調試模式，方便進行斷點設置和單步調試。
#M變體(長乘法指令)代表乘法器，是壹個8位乘法器。
#I代表EmbeddedICE Logic，是實現斷點觀測和變量觀測的邏輯電路部分，TAP控制器可以連接到邊界掃描鏈。
#E變體(增強指令)DSP指令支持。
#J variant (Java加速器Jazelle)JAVA指令支持。
#SIMD變體(arm媒體功能擴展)單指令流和多數據流(SIMD)的能力使軟件能夠更有效地完成音頻和圖像編碼器等高性能媒體應用。
手臂/拇指系統版本的琴弦由以下部分組成:
#弦樂ARMV
#arm指令集版本號，1 ~ 6
#ARM指令集的版本號後面是表示包含的變體的字符。由於變體M在ARM系統版本4之後已經成為系統的標準功能，所以通常不需要列出字符M。
#最後壹個字符x表示排除了某些書寫功能。例如，在壹些早期的E變體中，不包括雙字讀指令LDRD、雙字寫指令STRD、協處理器的寄存器傳輸指令MCRR/MRRC以及高速緩存預取指令PLD。這個E的變體叫做ExP，其中X代表lack，P代表上述指令。如ARMv3M、ARMv5xM、ARMv6等。
例如:arm V5 XM-& gt；ARMv+4+x+M
ARM9性能特征
緩存大小
(指令/數據)存儲器管理單元
緊密耦合存儲器
(中醫)爵士樂
拇指
死後無子女。
AHB接口
ARM920T 16K/16K MMU可選。
帶或不帶ARM922T 8K/8K MMU。
ARM940T 4K/4K MMU可用。
ARM9采用ARMV4T(哈佛)結構，五級流水線處理，獨立緩存結構，平均功耗0.7mW/MHz。時鐘速度為1.20 MHz-200 MHz，每條指令平均執行1.5個時鐘周期。與ARM7系列類似，ARM920、ARM940和ARM9E都是帶緩存的CPU核心。性能為132 IPS(120 MHz時鐘，3.3V電源)或220 IPS(200 MHz時鐘)。
ARM9 E性能特征
緩存大小
(指令/數據)存儲器管理單元
緊密耦合存儲器
(中醫)爵士樂
拇指
死後無子女。
AHB接口
arm 926 ejs 4-128k/4-128 MMU有雙AHB。
arm 946 ejs 4-1MB/4-1MB MMU，帶或不帶AHB。
ARM966ES，沒什麽，沒什麽，AHB
ARM9E系列微處理器是集成處理器，利用單個處理器內核為微控制器、DSP和Java應用系統提供解決方案，大大降低了芯片面積和系統復雜度。ARM9E系列微處理器提供增強的DSP處理能力，非常適合那些需要同時使用DSP和微控制器的應用。
ARM9E系列微處理器的主要特點如下:-支持DSP指令集，適用於需要高速數字信號處理的場合。-5級整數流水線，指令執行效率更高。-支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。-支持32位高速AMBA總線接口。-支持VFP9浮點處理協處理器。-全性能MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等主流嵌入式操作系統。-MPU支持實時操作系統。-支持數據緩存和指令緩存，具有更高的指令和數據處理能力。-主頻最高可達300兆。ARM9系列微處理器主要應用於下壹代無線設備、數字消費品、成像設備、工業控制、存儲設備和網絡設備等領域。ARM9E系列微處理器包括ARM926EJ-S、ARM946E-S、ARM966E-S三種型號，適用於不同的應用場合。
ARM10 E的性能特點
緩存大小
(指令/數據)存儲器管理單元
緊密耦合存儲器
(中醫)爵士樂
拇指
死後無子女。
AHB接口
ARM1020E 32K/32K MMU，帶或不帶雙AHB
arm 1022 e 16k/16 kmmu，帶或不帶雙AHB。
ARM1026EJ-S可變MMU+ MMU有雙AHB。
ARM10采用ARMV5T結構，六級流水線處理，指令和數據分離的緩存結構。平均功耗1000mW，時鐘速度300MHz，每條指令平均執行1.2個周期，其中ARM1020是帶緩存的版本。ARM10TDMI:二進制級兼容所有ARM核，高速32X16MAC，預留DSP協處理器接口。其中VFP10(向量浮點單元)是七級流水線結構。arm 1020t:arm 10 tdmi+32k caches+MMU結構，300MHz時鐘，功耗為1W(2.0V電源)或200mw (1.5v電源)。指令緩存和數據緩存分別為32K和64位。能夠開發各種商業操作系統。它適用於下壹代高性能手持互聯網設備和數字消費應用。
ARM10E系列微處理器具有高性能、低功耗的特點。與同等的ARM9器件相比，ARM10E系列的微處理器由於采用了新的架構，在相同的時鐘頻率下性能提升了近50%。同時，ARM10e系列的微處理器采用了兩種先進的節能方式，使其功耗極低。ARM10E系列微處理器的主要特點如下:-支持DSP指令集，適用於需要高速數字信號處理的場合。-6級整數流水線，指令執行效率更高。-支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。-支持32位高速AMBA總線接口。-支持VFP10浮點處理協處理器。-全性能MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等主流嵌入式操作系統。-支持數據緩存和指令緩存，具有更高的指令和數據處理能力-主頻最高可達400MIPS。-嵌入式並行讀/寫操作單元。ARM10E系列微處理器主要應用於下壹代無線設備、數字消費品、成像設備、工業控制、通信和信息系統等領域。ARM10E系列的微處理器包括ARM1020E、ARM1022E、ARM1026EJ-S三種型號，適用於不同的應用場合。
ARM11的性能特點
緩存大小
符號點(指令/數據)
算術存儲器管理單元
緊密耦合存儲器
(中醫)爵士樂
SIMD
死後無子女。
AHB接口
ARM1136J-S 4-64K無MMU有有四個64
比特AHB
ARM1136JF-S 4-64K帶MMU，帶四個64。
比特AHB
ARM11是ARMv6架構的首次實現，也是ARM11微結構的設計目的。