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(xiàn)。
該系列主要有ARM1136J,ARM1156T2和ARM1176JZ三個內核型號，分別針對不同應用領域。
本文將對全新的ARMv6架構進行介紹，并深入分析ARM11處理器的先進特點和關鍵技術。
ARMv6結構體系
實現(xiàn)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(tǒng),應用程序和調試支持)的接口，從細節(jié)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(fā)布于2001年10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，Intel的XScale就是基于ARMv5TE的處理器。本文也會就ARM11和Intel XScale的特點作一比較。
目標應用
ARMv6架構是根據(jù)下一代的消費類電子、無線設備、網(wǎng)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(shù)據(jù)吞吐量和高性能的結合非常適合網(wǎng)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AMRv6體系結構的ARM11系列處理器將在上述領域發(fā)揮巨大的作用。
主要特點
對于各種無線移動應用，毫無節(jié)制的提供高性能處理器是無用的。同成本控制類似，功耗的控制也是一個重要因素。
ARM11系列處理器展示了在性能上的巨大提升，首先推出350M~500MHz時鐘頻率的內核，在未來將上升到1GHz時鐘頻率(如圖2)。
ARM11處理器在提供高性能的同時，也允許在性能和功耗間做權衡以滿足某些特殊應用。通過動態(tài)調整時鐘頻率和供應電壓，開發(fā)者完全可以控制這兩者的平衡。在0.13um工藝，1.2v條件下，ARM11處理器的功耗可以低至0.4mW/MHz。
ARM11處理器同時提供了可綜合版本和半定制硬核兩種實現(xiàn)?？删C合版本可以讓客戶根據(jù)自己的半導體工藝開發(fā)出各有特色的處理器內核，并保持足夠靈活性。ARM實現(xiàn)的硬核則是為了滿足那些極高性能和速度要求的應用，同時為客戶節(jié)省實現(xiàn)的成本和時間。
為了讓客戶更方便地走完實現(xiàn)流程，ARM11處理器采用了易于綜合的流水線結構，并和常用的綜合工具以及RAM compiler良好結合，確保了客戶可以成功并迅速的達到時序收斂。目前已有的ARM11處理器在不包含Cache的情況下面積小于2.7mm2，對于當前復雜的SoC設計來說，如此小的die size對芯片成本的降低是極其重要的。ARM11處理器在很多方面為軟件開發(fā)者帶來便利。一方面，它包含了更多的多媒體處理指令來加速視頻和音頻處理;另一方面，它的新型存儲器系統(tǒng)進一步提高了操作系統(tǒng)的性能;此外，還提供了新指令來加速實時性能和中斷的響應。
再次，目前有很多應用要求多處理器的配置(多個ARM內核，或ARM+DSP的組合)，ARM11處理器從設計伊始就注重更容易地與其他處理器共享數(shù)據(jù)，以及從非ARM的處理器上移植軟件。此外，ARM還開發(fā)了基于ARM11系列的多處理器系統(tǒng)——MPCORE(由二個到四個ARM11 內核組成)。
優(yōu)秀的性能
ARM11處理器的超強性能是由一系列的架構特點所決定的。ARMv6—決定性能的基礎ARMv6架構決定了可以達到高性能處理器的基礎。
總的來說，ARMv6架構通過以下幾點來增強處理器的性能：
•多媒體處理擴展
使MPEG4編碼/解碼加快一倍
音頻處理加快一倍
•增強的Cache結構
實地址Cache
減少Cache的刷新和重載
減少上下文切換的開銷
•增強的異常和中斷處理
使實時任務的處理更加迅速= 支持Unaligned和Mixed-endian數(shù)據(jù)訪問
使數(shù)據(jù)共享、軟件移植更簡單，也有利于節(jié)省存儲器空間
對絕大多數(shù)應用來說，ARMv6保持了100%的二進制向下兼容，使用戶過去開發(fā)的程序可以進一步繼承下去。ARMv6 保持了所有過去架構中的T(Thumb指令)和E(DSP指令)擴展，使代碼壓縮和DSP處理特點得到延續(xù);為了加速Java代碼執(zhí)行速度的ARM Jazalle技術也繼續(xù)在ARMv6架構中發(fā)揮重要作用。
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(yōu)秀的流水線設計是這些功能的重要保證。
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