EEPW论坛

  随着更多应用在嵌入式系统中的实现，嵌入式系统设计向着更高级、更复杂的方向发展。作为32位结构体系中的翘楚，ARM在各种应用领域里得到了极其广泛的应用，成为目前国内电子设计领域里面的焦点之一(2005年一项针对国内嵌入式系统开发者的调查表明，有63%的工程师把ARM作为32位CPU的首选)。过去几年里，绝大部分ARM系统都是基于ARM7处理器，最近一年里，基于ARM9处理器的产品越来越多，研究ARM9的特点以及如何优化从ARM7到ARM9的移植，成为很多嵌入式系统设计者所关注的热点问题。 Tag:嵌入式系统 arm9 arm7 arm9E arm10E 我们惯称的ARM9系列中又存在ARM9与ARM9E两个系列，其中ARM9属于ARM v4T架构，典型处理器如ARM9TDMI和ARM922T；而ARM9E属于ARM v5TE架构，典型处理器如ARM926EJ和ARM946E。因为后者的芯片数量和应用更为广泛，所以我们提到ARM9的时候更多地是特指ARM9E系列处理器(主要就是ARM926EJ和ARM946E这两款处理器)。下面关于ARM9的介绍也是更多地集中于ARM9E。 ARM7处理器和ARM9E处理器的流水线差别 对嵌入式系统设计者来说，硬件通常是第一考虑的因素。针对处理器来说，流水线则是硬件差别的最明显标志，不同的流水线设计会产生一系列硬件差异。让我们来比较一下ARM7和ARM9E的流水线，ARM9E从ARM7的3级流水线增加到了5级，ARM9E的流水线中容纳了更多的逻辑操作，但是每一级的逻辑操作却变得更为简单。比如原来ARM7的第三级流水，需要先内部读取寄存器、然后进行相关的逻辑和算术运算，接着处理结果回写，完成的动作非常复杂；而在ARM9E的5级流水中，寄存器读取、逻辑运算、结果回写分散在不同的流水当中，使得每一级流水处理的动作非常简洁。这就使得处理器的主频可以大幅度地提高。因为每一级流水都对应CPU的一个时钟周期，如果一级流水中的逻辑过于复杂，使得执行时间居高不下，必然导致所需的时钟周期变长，造成CPU的主频不能提升。所以流水线的拉长，有利于CPU主频的提高。在常用的芯片生产工艺下，ARM7一般运行在100MHz左右，而ARM9E则至少在200MHz以上。 ARM9E处理器的存储器子系统 像ARM926EJ和ARM946E这两个最常见的ARM9E处理器中，都带有一套存储器子系统，以提高系统性能和支持大型操作系统。如图2所示，一个存储器子系统包含一个MMU(存储器管理单元)或MPU(存储器保护单元)、高速缓存(Cache)和写缓冲(Write Buffer)；CPU通过该子系统与系统存储器系统相连。 高速缓存和写缓存的引入是基于如下事实，即处理器速度远远高于存储器访问速度；如果存储器访问成为系统性能的瓶颈，则处理器再快也是浪费，因为处理器需要耗费大量的时间在等待存储器上面。高速缓存正是用来解决这个问题，它可以存储最近常用的代码和数据，以最快的速度提供给CPU处理(CPU访问Cache不需要等待)。 MMU则是用来支持存储器管理的硬件单元，满足现代平台操作系统内存管理的需要；它主要包括两个功能：一是支持虚拟/物理地址映射，二是提供不同存储器地址空间的保护机制。一个简单的例子可以帮助我们理解MMU的功能，