ARM处理器系列主要产品概述

2023-11-19 理论教育版权反馈

【摘要】：ARM处理器系列产生了许多产品,最经典的由下述5种。ARM7系列微处理器包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ几种类型。ARM9系列微处理器主要应用于无线通信设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数字摄像机等。SecurCore系列微处理器主要应用于如电子商务、电子政务、电子银行业务、网络和认证系统等一些对安全性要求较高的应用产品及应用系统。③Cortex-M系列,自首款Cortex-M处理器于2004年发布以来,此系列处理器Cortex-M4、Cortex-M3、Cortex-M1 FPGA和Cortex-M0 Cortex-M7等几种相关处理器。

ARM处理器系列产生了许多产品,最经典的由下述5种。

(1)ARM7系列微处理器包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ几种类型。其中,ARM7TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器,主频最高可达130 MIPS;采用能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构;内嵌硬件乘法器(Multiplier);支持16位压缩指令集Thumb;嵌入式ICE;支持片上Debug;支持片上断点和调试点;指令系统与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容;支持Windows CE、Linux、Palm OS等操作系统。典型产品如Samsung公司的S3C4510B。

(2)ARM9系列微处理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T几种类型,可以在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。采用5级整数流水线,指令执行效率更高。提供1.1MIPS/MHz的哈佛结构。支持数据Cache和指令Cache,具有更高的指令和数据处理能力。支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。支持32位的高速AMBA总线接口。全性能的MMU,支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统。MPU支持实时操作系统。

ARM9系列微处理器主要应用于无线通信设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数字摄像机等。典型产品如Samsung公司的S3C2410A。

(3)SecurCore系列微处理器包含SecurCore SC100、SecurCore SC110、SecurCore SC200和SecurCore SC210几种类型,提供了完善的32位RISC技术的安全解决方案。

SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构各种主要特点外,在系统安全方面:带有灵活的保护单元,以确保操作系统和应用数据的安全;采用软内核技术,防止外部对其进行扫描探测;可集成用户自己的安全特性和其他协处理器。

SecurCore系列微处理器主要应用于如电子商务、电子政务、电子银行业务、网络和认证系统等一些对安全性要求较高的应用产品及应用系统。

(4)XScale微处理器架构经过专门设计,核心采用了英特尔先进的0.18μm工艺技术制造;具备低功耗特性,适用范围0.1W～1.6W。同时,它的时钟工作频率将接近1GHz。XScale与StrongARM相比,可大幅降低工作电压并且获得更高的性能。具体来讲,在目前的StrongARM中,在1.55V下可以获得133MHz的工作频率,在2.0V下可以获得206MHz的工作频率;而采用XScale后,在0.75V时工作频率达到150MHz,在1.0V时工作频率可以达到400MHz,在1.65V下工作频率则可高达800MHz。超低功率与高性能的组合使Intel XScale适用于广泛的互联网接入设备,在因特网的各个环节中,从手持互联网设备到互联网基础设施产品,Intel XScale都表现出了令人满意的处理性能。(www.chuimin.cn)

Intel采用XScale架构的嵌入式处理器典型产品有PXA25x、PXA26x和PXA27x系列。

(5)Cortex系列。ARM Cortex系列包括3个系列,包括ARM Cortex-A,ARM Cortex-R,ARM Cortex-M,Z这三种系列,并且每个系列又分多种子版本,每个子版本都有各自的特点。很好地为设计人员提供非常广泛的具有可扩展性的性能选项,从而有机会在多种选项中选择最适合自身应用的内核,而非千篇一律的采用同一方案。其中,Cortex-A—面向性能密集型系统的应用处理器内核;Cortex-R—面向实时应用的高性能内核;Cortex-M—面向各类嵌入式应用的微控制器内核。

①Cortex-A处理器为利用操作系统(例如Linux或者Android,IOS)的设备提供了一系列解决方案,这些设备被用于各类应用,从低成本手持设备到智能手机、平板电脑、机顶盒以及企业网络设备等。早期的Cortex-A系列处理器(A5、A7、A8、A9、A12、A15和A17)基于ARMv7-A架构。每种内核都共享相同的功能集,例如NEON媒体处理引擎、Trustzone安全扩展、单精度和双精度浮点支持、以及对多种指令集(ARM、Thumb-2、Thumb、Jazelle和DSP)的支持。与此同时,这些处理器也具有极高的设计灵活性,能够提供所需的最佳性能和预期的功效。

②Cortex-R系列——衍生产品中体积最小的ARM处理器,这一点也最不为人所知。Cortex-R处理器针对高性能实时应用,例如硬盘控制器(或固态驱动控制器)、企业中的网络设备和打印机、消费电子设备(例如蓝光播放器和媒体播放器)、以及汽车应用(例如安全气囊、制动系统和发动机管理)。Cortex-R系列在某些方面与高端微控制器(MCU)类似,但是,针对的是比通常使用标准MCU的系统还要大型的系统。例如,Cortex-R4就非常适合汽车应用。Cortex-R4主频可以高达600MHz(具有2.45DMIPS/MHz),配有8级流水线,具有双发送、预取和分支预测功能、以及低延迟中断系统,可以中断多周期操作而快速进入中断服务程序。Cortex-R4还可以与另外一个Cortex-R4构成双内核配置,一同组成一个带有失效检测逻辑的冗余锁步(lock-step)配置,从而非常适合要求安全系数的系统。

③Cortex-M系列,自首款Cortex-M处理器于2004年发布以来,此系列处理器Cortex-M4、Cortex-M3、Cortex-M1 FPGA和Cortex-M0 Cortex-M7等几种相关处理器。特别设计针对竞争已经非常激烈的MCU市场。Cortex-M系列基于ARMv7-M架构(用于Cortex-M3和Cortex-M4)构建,而较低的Cortex-M0+基于ARMv6-M架构构建。当一些主流MCU供应商选择这系列内核,并开始生产MCU器件后,Cortex-M处理器迅速受到市场青睐。可以肯定地说,Cortex-M之于32位MCU就如同8051之于8位MCU——受到众多供应商支持的工业标准内核,各家供应商采用该内核加之自己特别的开发,在市场中提供差异化产品。例如,Cortex-M系列能够实现在FPGA中作为软核来用,但更常见的用法是作为集成了存储器、时钟和外设的MCU。在该系列产品中,有些产品专注最佳能效、有些专注最高性能、而有些产品则专门应用于诸如智能电表这样的细分市场

其中,Cortex-M3和Cortex-M4是非常相似的内核。二者都具有1.25DMIPS/MHz的性能,配有3级流水线、多重32位总线接口、时钟速率可高达200MHz,并配有非常高效的调试选项。最大的不同是,Cortex-M4的内核性能针对的是DSP。Cortex-M3和Cortex-M4具有相同的架构和指令集(Thumb-2)。然而,Cortex-M4增加了一系列特别针对处理DSP算法而优化的饱和运算和SIMD指令。以每0.5秒运行一次的512点FFT为例,如果分别在同类量产的Cortex-M3 MCU和Cortex-M4MCU上运行,完成同样的工作,Cortex-M3所需功耗约是Cortex-M4所需功耗的3倍。而对于成本特别敏感的应用或者正在从8位迁移到32位的应用而言,Cortex-M系列的最低端产品可能是最佳选择。虽然Cortex-M0+的性能为0.95DMIPS/MHz,比Cortex-M3和Cortex-M4的性能稍稍低一些,但仍可与同系列其他高端产品兼容。Cortex系列的主流产品有NOKIA的NOKIAN900;三星的S5PC110及S5PV210;苹果的iPhone4、iPad1、AppleTV2代、iPodTouch四代的A4处理器;TI的Omap3430,OMAP3630,OMAP3640;高通msm8255、QSD8250;国产的有:瑞芯微RK2918。

ARM处理器系列主要产品概述

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