嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)：RISC家族之ARM處理器　

ARM公司于1991年成立于英國(guó)劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。目前，采用ARM技術(shù)智能財(cái)產(chǎn)(IP)核心的處理器，即我們通常所說(shuō)的 ARM處理器，已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無(wú)線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng)，基于ARM技術(shù)的處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位RISC微處理器75%以上的市場(chǎng)，ARM技術(shù)不止逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面，我們甚至可以說(shuō)，ARM于人類的生活環(huán)境中，已經(jīng)是不可或缺的一環(huán)。

目前市面上常見的ARM處理器架構(gòu)，可分為ARM7、ARM9以及ARM11，新推出的Cortex系列尚在進(jìn)行開發(fā)驗(yàn)證，市面上還未有相關(guān)產(chǎn)品推出。ARM也是嵌入式處理器中首先推出多核心架構(gòu)的廠商。

ARM首個(gè)多核心架構(gòu)為ARM11 MPCore，架構(gòu)于原先的ARM11處理器核心之上。ARM11核心是發(fā)布于2002年10月份，為了進(jìn)一步提升效能，其管線長(zhǎng)度擴(kuò)展到8階，處理單元?jiǎng)t增加為預(yù)取、譯碼、發(fā)送、轉(zhuǎn)換　/MAC1、執(zhí)行/MAC2、內(nèi)存存取/MAC3和寫入等八個(gè)單元，體系上屬于ARM V6指令集架構(gòu)。ARM11采用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的0.13μm制造制程，運(yùn)行頻率最高可達(dá)500到700MHz。如果采用90nm制程，ARM11核心的工作頻率能夠輕松達(dá)到1GHz以上—對(duì)于嵌入式處理器來(lái)說(shuō)，這顯然是個(gè)相當(dāng)驚人的程度，不過(guò)顯然1GHz在ARM11體系中不算是個(gè)均衡的設(shè)定，因此幾乎沒有廠商推出達(dá)到1GHz的ARM11架構(gòu)處理器。

ARM11的邏輯核心也經(jīng)過(guò)大量的改進(jìn)，其中最重要的當(dāng)屬“靜/動(dòng)態(tài)組合轉(zhuǎn)換的預(yù)測(cè)功能”。ARM11的執(zhí)行單元包含一個(gè)64位、4種狀態(tài)的地址轉(zhuǎn)換緩沖，它主要用來(lái)儲(chǔ)存最近使用過(guò)的轉(zhuǎn)換地址。當(dāng)采用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換預(yù)測(cè)機(jī)制而無(wú)法在尋址緩沖內(nèi)找到正確的地址時(shí)，靜態(tài)轉(zhuǎn)換預(yù)測(cè)功能就會(huì)立刻接替它的位置。在實(shí)際測(cè)試中，單純采用動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率為88%，單純采用靜態(tài)預(yù)測(cè)機(jī)制的準(zhǔn)確率　只有77%，而ARM11的靜/動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)組合機(jī)制可實(shí)現(xiàn)92%的高準(zhǔn)確率。針對(duì)高時(shí)脈速度帶來(lái)功耗增加的問(wèn)題，ARM11采用一項(xiàng)名為“IEM　(Intelligent Energy Manager)”的智能電源管理技術(shù)，該技術(shù)可根據(jù)任務(wù)負(fù)荷情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)處理器的電壓，進(jìn)而有效降低自身的功耗。這一系列改進(jìn)讓ARM11的功耗效能比得以繼續(xù)提高，平均每MHz只需消耗0.6mW(有快取時(shí)為0.8mW)的電力，處理器的最高效能可達(dá)到660 Dhrystone MIPS，遠(yuǎn)超過(guò)上一代產(chǎn)品。

至于ARM11 MPCore，其在架構(gòu)上與ARM11同樣屬于V6指令體系。根據(jù)不同應(yīng)用的需要，MPCore可以被配置為1-4個(gè)處理器的組合方式，根據(jù)官方資料，其最高性能約可達(dá)到2600 Dhrystone MIPS的程度。MPCore是標(biāo)準(zhǔn)的同質(zhì)多核心處理器，組成MPCore的是4個(gè)基于ARM11架構(gòu)的處理器核心，由于多核心設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是在頻率不變的情況下讓處理器的性能獲得明顯提升，因此可望在多任務(wù)應(yīng)用中擁有良好的表現(xiàn)，這一點(diǎn)很適合未來(lái)家庭消費(fèi)電子的需要。例如，機(jī)頂盒在錄制多個(gè)頻道電視節(jié)目的同時(shí)，還可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)收看數(shù)字視頻點(diǎn)播節(jié)目、車內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)在提供導(dǎo)航功能的同時(shí)，仍然有余力可以向后座乘客播放各類視頻碼流等。