ARM7、ARM9和ARM11到底有什么不同？

　　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(chēng)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(lái)講比等價(jià)32位代碼節省達35%，卻能保留32位系統的所有優(yōu)勢。本文主要詳解ARM7_ARM9和ARM11的區別，具體的跟隨小編一起來(lái)了解一下。

　　ARM7_ARM9和ARM11的區別

　　1、時(shí)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(xiàn)的馮·諾伊曼結構;而ARM9采用5級流水線(xiàn)的哈佛結構，ARM11為8級流水線(xiàn)哈弗結構(從arm9開(kāi)始都采用了哈弗結構)。增加的流水線(xiàn)設計提高了時(shí)鐘頻率和并行處理能力。5級流水線(xiàn)能夠將每一個(gè)指令處理分配到5個(gè)時(shí)鐘周期內，在每一個(gè)時(shí)鐘周期內同時(shí)有5個(gè)指令在執行。在常用的芯片生產(chǎn)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(shí)鐘頻率的內核， 目前上升到1GHz時(shí)鐘頻率。

　　2、指令周期的改進(jìn)

　　指令周期的改進(jìn)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(lài)于代碼執行時(shí)指令的重疊，這實(shí)際上是程序本身的問(wèn)題。對于采用最高級的語(yǔ)言，一般來(lái)說(shuō)，性能的提高在30%左右。

　　3、MMU(內存管理單元)

　　ARM7一般沒(méi)有MMU(內存管理單元)，(ARM720T有MMU)。

　　ARM9一般是有MMU的，ARM9940T只有MPU，不是一個(gè)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(shuō)，ARM7一般只能運行小型的實(shí)時(shí)系統如UCOS-II，eCOS等，而ARM9無(wú)此限制，一般的操作系統都可以移植。其實(shí)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(shí)在有點(diǎn)吃力。再者兩者的應用領(lǐng)域明顯不同，也無(wú)此必要。

　　下面兩個(gè)圖：架構一幕了然。

　　4、在從ARM7到ARM9，ARM11的平臺轉變過(guò)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(kāi)發(fā)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_ARM9和ARM11詳解

　　ARM7簡(jiǎn)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A(yíng)RM體系結構V4版本，是目前低端的ARM核。

　　ARM7處理器特點(diǎn)：

　　ARM7內核是0.9MIPS/MHz的三級流水線(xiàn)和馮·諾伊曼結構，能夠將每一個(gè)指令處理分配到3個(gè)時(shí)鐘周期內，在每一個(gè)時(shí)鐘周期內同時(shí)有3個(gè)指令在執行。

　　互鎖技術(shù)：

　　當指令需要的數據因為以前的指令沒(méi)有執行完而沒(méi)有準備好就會(huì )產(chǎn)生管道自鎖互鎖。當管道互鎖發(fā)生時(shí)，硬件會(huì )停止這個(gè)指令的執行，直到數據準備好為止。雖然這種技術(shù)會(huì )增加代碼執行時(shí)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(guò)重新設計代碼的順序或者其他方法來(lái)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(dòng)通信。

　　體系擴展：

　　以16位系統的成本，提供32位RISC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(lèi)似于ICE的CPU內核調試技術(shù)，所以原型設計和系統芯片的調試得到了極大的簡(jiǎn)化。

　　ARM9簡(jiǎn)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ARM9TDMI和ARM9E-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(xiàn)，可以并行處理。在流水線(xiàn)上，ARM7是三級流水線(xiàn)，ARM9是五級流水線(xiàn)。由于結構不同，ARM7的執行效率低于A(yíng)RM9。平時(shí)所說(shuō)的ARM7、ARM9實(shí)際上指的是ARM7TDMI、ARM9TDMI軟核，這種處理器軟核并不帶有MMU和cache，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(jìn)行了擴展，所以有了ARM710T、ARM720T、ARM920T、ARM922T等帶有MMU和cache的處理器內核。

　　ARM9優(yōu)勢

　　1)時(shí)鐘頻率的提高

　　雖然ARM7和ARM9內核架構相同，但ARM7處理器采用3級流水線(xiàn)的馮·諾伊曼結構;，而ARM9采用5級流水線(xiàn)的哈佛結構。增加的流水線(xiàn)設計提高了時(shí)鐘頻率和并行處理能力。5級流水線(xiàn)能夠將每一個(gè)指令處理分配到5個(gè)時(shí)鐘周期內，在每一個(gè)時(shí)鐘周期內同時(shí)有5個(gè)指令在執行。在常用的芯片生產(chǎn)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(jìn)

　　指令周期的改進(jìn)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(lài)于代碼執行時(shí)指令的重疊，這實(shí)際上是程序本身的問(wèn)題。對于采用最高級的語(yǔ)言，一般來(lái)說(shuō)，性能的提高在30%左右。

　　3)MMU(內存管理單元)

　　ARM7一般沒(méi)有MMU(內存管理單元)，(ARM720T有MMU)。

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

　　ARM11簡(jiǎn)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(shí)現。該系列主要有ARM1136J，ARM1156T2和ARM1176JZ三個(gè)內核型號，分別針對不同應用領(lǐng)域。

　　ARM11體系結構

　　實(shí)現新一代微處理器的第一步就是訂立一個(gè)新的結構體系。這里所說(shuō)的結構體系只是對處理器行為進(jìn)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(shuō)，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(guò)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(hù)授權它的結構體系。比如，以前Intel的XScale就是基于A(yíng)RMv5TE的處理器。

　　ARM11處理器的內核特點(diǎn)

　　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(shí)，還要保證功耗、面積的有效性。ARM11優(yōu)秀的流水線(xiàn)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(lèi)電子、無(wú)線(xiàn)設備、網(wǎng)絡(luò )應用和汽車(chē)電子產(chǎn)品等需求而制定的。ARM11的媒體處理能力和低功耗特點(diǎn)，特別適用于無(wú)線(xiàn)和消費類(lèi)電子產(chǎn)品;其高數據吞吐量和高性能的結合非常適合網(wǎng)絡(luò )處理應用;另外，也在實(shí)時(shí)性能和浮點(diǎn)處理等方面ARM11可以滿(mǎn)足汽車(chē)電子應用的需求?？梢灶A言，基于A(yíng)RMv6體系結構的ARM11系列處理器將在上述領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用。