嵌入式系统架构之ARM处理器

ARM公司于1991年成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用ARM技术智能财产(IP)核心的处理器，即我们通常所说的ARM 处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的处理器应用约占据了32位RISC微处理器 75%以上的市场，ARM技术不止逐步渗入到我们生活的各个方面，我们甚至可以说，ARM于人类的生活环境中，已经是不可或缺的一环。

目前市面上常见的ARM处理器架构，可分为ARM7、ARM9以及ARM11，新推出的Cortex系列尚在进行开发验证，市面上还未有相关产品推出。ARM也是嵌入式处理器中首先推出多核心架构的厂商。

ARM首个多核心架构为ARM11 MPCore，架构于原先的ARM11处理器核心之上。ARM11核心是发布于2002年10月份，为了进一步提升效能，其管线长度扩展到8阶，处理单元则增加为预取、译码、发送、转换　/MAC1、执行/MAC2、内存存取/MAC3和写入等八个单元，体系上属于ARM V6指令集架构。

       ARM11采用当时最先进的0.13μm制造制程，运行频率最高可达500到700MHz。如果采用90nm制程，ARM11核心的工作频率能够轻松达到1GHz以上—对于嵌入式处理器来说，这显然是个相当惊人的程度，不过显然1GHz在ARM11体系中不算是个均衡的设定，因此几乎没有厂商推出达到1GHz的ARM11架构处理器。

ARM11的逻辑核心也经过大量的改进，其中最重要的当属“静/动态组合转换的预测功能”。ARM11的执行单元包含一个64位、4种状态的地址转换缓冲，它主要用来储存最近使用过的转换地址。当采用动态转换预测机制而无法在寻址缓冲内找到正确的地址时，静态转换预测功能就会立刻接替它的位置。在实际测试中，单纯采用动态预测的准确率为88%，单纯采用静态预测机制的准确率　只有77%，而ARM11的静/动态预测组合机制可实现92%的高准确率。

针对高时脉速度带来功耗增加的问题，ARM11采用一项名为“IEM　(Intelligent Energy Manager)”的智能电源管理技术，该技术可根据任务负荷情况动态调节处理器的电压，进而有效降低自身的功耗。这一系列改进让ARM11的功耗效能比得以继续提高，平均每MHz只需消耗0.6mW(有快取时为0.8mW)的电力，处理器的最高效能可达到660 Dhrystone MIPS，远超过上一代产品。

至于ARM11 MPCore，其在架构上与ARM11同样属于V6指令体系。根据不同应用的需要，MPCore可以被配置为1-4个处理器的组合方式，根据官方资料，其最高性能约可达到2600 Dhrystone MIPS的程度。
       MPCore是标准的同质多核心处理器，组成MPCore的是4个基于ARM11架构的处理器核心，由于多核心设计的优点是在频率不变的情况下让处理器的性能获得明显提升，因此可望在多任务应用中拥有良好的表现，这一点很适合未来家庭消费电子的需要。例如，机顶盒在录制多个频道电视节目的同时，还可通过互联网收看数字视频点播节目、车内导航系统在提供导航功能的同时，仍然有余力可以向后座乘客播放各类视频码流等。