ARM9处理器与ARM7处理器比较

1、ARM9处理器与 ARM7处理器比较摘要： ARM处理器是世界上最流行的嵌入式处理器，广泛应用于个人 通信等嵌入式领域。 ARM7处理器虽然功能强大，但是目前已经开始退出主流应 用领域，代替它的是性能更加强大的 ARM9系列处理器。介绍了 ARM9处理器与 ARM7处理器的不同之处，并且给出了 ARM9的应用实例。关键词： ARM9 ARM7流 水线 指令周期ARM9系列处理器是英国 ARM公司设计的主流嵌入式处理器，主要包括 ARM9TDM和I ARM9E-S等系列。本文主要介绍它们与 ARM7TDM的I 结构以及性能 比较。以手机应用为例， 2G手机只需提供语音及简单的文字短信功能，而目前

2、的 25G和未来的 3G手机除了提供这两项功能外，还必须提供各种其他的应用功 能。主要包括： (1) 无线网络设备：手机上网、电子邮件及其他定位服务等功 能； (2)PDA功能：含有用户操作系统 (Windows CE、Symbian OS、Linux 等)及 其他功能； (3) 高性能功能：音频播放器、视频电话、手机游戏等。在2 5G和3G的应用中 ARM9已经全面替代了 ARM。7 因为 ARM9的新特性能够满足各种新需 求的同时减少产品研发时间并降低研发费用。新一代的 ARM9处理器，通过全新的设计，采用了更多的晶体管，能够达到 两倍以上于 ARM7处理器的处理能力。这种处理能力的提高是

3、通过增加时钟频率 和减少指令执行周期实现的。1 时钟频率的提高ARM7处理器采用 3 级流水线，而 ARM9采用 5 级流水线，如图 1、2、3 所 示。增加的流水线设计提高了时钟频率和并行处理能力。 5 级流水线能够将每 一个指令处理分配到 5 个时钟周期内，在每一个时钟周期内同时有 5 个指令在 执行。在同样的加工工艺下， ARM9TDM处I 理器的时钟频率是 ARM7TDM的I 1822 倍。图 1 、图 2 和图 32 指令周期的改进指令周期的改进对于处理器性能的提高有很大的帮助。性能提高的幅度依 赖于代码执行时指令的重叠，这实际上是程序本身的问题。对于采用最高级的 语言，一般来说，性

4、能的提高在 30左右。2 1 loads 指令矛 n stores 指令指令周期数的改进最明显的是 loads 指令和 stores 指令。从 ARM7到 ARM9 这两条指令的执行时间减少了 30。指令周期的减少是由于 ARM7和 ARM9两种 处理器内的两个基本的微处理结构不同所造成的。(1) ARM9有独立的指令和数据存储器接口，允许处理器同时进行取指和读 写数据。这叫作改进型哈佛结构。而 ARM7只有数据存储器接口，它同时用来取 指令和数据访问。(2) 5 级流水线引入了独立的存储器和写回流水线，分别用来访问存储器和 将结果写回寄存器。以上两点实现了一个周期完成 loads 指令和 s

5、tores 指令22 互锁 (interlocks) 技术当指令需要的数据因为以前的指令没有执行完而没有准备好就会产生管道 互锁。当管道互锁发生时，硬件会停止这个指令的执行，直到数据准备好为 止。虽然这种技术会增加代码执行时间，但是为初期的设计者提供了巨大的方 便。编译器以及汇编程序员可以通过重新设计代码的顺序或者其他方法来减少 管道互锁的数量。2 3 分枝指令ARM9和 ARM7的分枝指令周期是相同的。而且 ARM9TDM和I ARM9E-S并没有 对分枝指令进行预测处理。3 ARM9结构及特点以 ARM9E-S为例介绍 ARM9处理器的主要结构及其特点。 ARM9E-S的结构如 图 4 所

6、示。其主要特点如下：(1)32bit 定点 RISC处理器，改进型 ARMThumb代码交织，增强性乘法器 设计。支持实时 (real-time) 调试；(2) 片内指令和数据 SRAM，而且指令和数据的存储器容量可调；(3) 片内指令和数据高速缓冲器 (cache) 容量从 4K 字节到 1M字节；(4) 设置保护单元 (protcction unit) ，非常适合嵌入式应用中对存储器进 行分段和保护；(5) 采用 AMBA AHB总线接口，为外设提供统一的地址和数据总线；(6) 支持外部协处理器，指令和数据总线有简单的握手信令支持；(7) 支持标准基本逻辑单元扫描测试方法学，而且支持 BI

7、ST(built-in- self-test) ；(8) 支持嵌入式跟踪宏单元，支持实时跟踪指令和数据。 图54 ARM9的典型应用TI 公司的 OMAP730是最新的无线通信基带信号处理器。该处理器是 TI 的 GPRS Class 12通信模块与专用于应用处理的 ARM926通用处理器 (GPP)的集 成。由于 GPP的速度可达 200MHz，因此 OMAP73具0 有两倍于上一代 OMAP71处0 理器的应用处理性能。如同所有的 OMAP处理器一样， OMAP73可0 支持领先的移 动操作系统，其中包括 Microsoft 的智能电话与 Pocket PC PhoneEdition 、 Svmbian OS与 Series 60 、Palm OS以及 Linux 。TI OMAP730结构如图 5 所示。其中 ARM926TEJ处理器的主要特性包括： (1) 最高频率 200MHz；(2)16KB 指令高速缓存， 8KB数据高速缓存； (3) 硬件 JAVA 加速； (4) 扩展多媒体指令集结构。ARM微处理器是一种高性能、低功耗的 32 位微处器，它被广泛应用于嵌入 式系统