嵌入式系統架構（一）：RISC家族之ARM處理器　

　　ARM公司于1991年成立于英國劍橋，主要出售芯片設計技術(shù)的授權。目前，采用ARM技術(shù)智能財產(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、消費類(lèi)電子產(chǎn)品、通信系統、網(wǎng)絡(luò )系統、無(wú)線(xiàn)系統等各類(lèi)產(chǎn)品市場(chǎng)，基于A(yíng)RM技術(shù)的處理器應用約占據了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(lèi)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(jiàn)的ARM處理器架構，可分為ARM7、ARM9以及ARM11，新推出的Cortex系列尚在進(jìn)行開(kāi)發(fā)驗證，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的廠(chǎng)商。

　　ARM首個(gè)多核心架構為ARM11 MPCore，架構于原先的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(xiàn)長(cháng)度擴展到8階，處理單元則增加為預取、譯碼、發(fā)送、轉換　/MAC1、執行/MAC2、內存存取/MAC3和寫(xiě)入等八個(gè)單元，體系上屬于A(yíng)RM V6指令集架構。ARM11采用當時(shí)最先進(jìn)的0.13μm制造制程，運行頻率最高可達500到700MHz。如果采用90nm制程，ARM11核心的工作頻率能夠輕松達到1GHz以上—對于嵌入式處理器來(lái)說(shuō)，這顯然是個(gè)相當驚人的程度，不過(guò)顯然1GHz在A(yíng)RM11體系中不算是個(gè)均衡的設定，因此幾乎沒(méi)有廠(chǎng)商推出達到1GHz的ARM11架構處理器。

　　ARM11的邏輯核心也經(jīng)過(guò)大量的改進(jìn)，其中最重要的當屬“靜/動(dòng)態(tài)組合轉換的預測功能”。ARM11的執行單元包含一個(gè)64位、4種狀態(tài)的地址轉換緩沖，它主要用來(lái)儲存最近使用過(guò)的轉換地址。當采用動(dòng)態(tài)轉換預測機制而無(wú)法在尋址緩沖內找到正確的地址時(shí)，靜態(tài)轉換預測功能就會(huì )立刻接替它的位置。在實(shí)際測試中，單純采用動(dòng)態(tài)預測的準確率為88%，單純采用靜態(tài)預測機制的準確率　只有77%，而ARM11的靜/動(dòng)態(tài)預測組合機制可實(shí)現92%的高準確率。針對高時(shí)脈速度帶來(lái)功耗增加的問(wèn)題，ARM11采用一項名為“IEM　(Intelligent Energy Manager)”的智能電源管理技術(shù)，該技術(shù)可根據任務(wù)負荷情況動(dòng)態(tài)調節處理器的電壓，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到660 Dhrystone MIPS，遠超過(guò)上一代產(chǎn)品。

　　至于A(yíng)RM11 MPCore，其在架構上與ARM11同樣屬于V6指令體系。根據不同應用的需要，MPCore可以被配置為1-4個(gè)處理器的組合方式，根據官方資料，其最高性能約可達到2600 Dhrystone MIPS的程度。MPCore是標準的同質(zhì)多核心處理器，組成MPCore的是4個(gè)基于A(yíng)RM11架構的處理器核心，由于多核心設計的優(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)應用中擁有良好的表現，這一點(diǎn)很適合未來(lái)家庭消費電子的需要。例如，機頂盒在錄制多個(gè)頻道電視節目的同時(shí)，還可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)收看數字視頻點(diǎn)播節目、車(chē)內導航系統在提供導航功能的同時(shí)，仍然有余力可以向后座乘客播放各類(lèi)視頻碼流等。