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1第2章 ARM9 体系结构 ARM9 嵌入式微处理器 ARM9 存储器组织结构 ARM9 异常 S3C2410 嵌入式微处理器 2 ARM9 嵌入式微处理器 ARM9 的结构特点 ARM9 指令集特点 ARM9 工作模式 2017-6-33 ARM9 的结构特点? ARM 处理器概况?目前, ARM 处理器体系结构的版本有多个。世界上许多电子芯片制造厂商基于不同版本的 ARM 体系结构生产出了多种系列的 ARM CPU ,主要有以下系列: ? ARM7 系列; ? ARM9 系列; ? ARM9E 系列; ? ARM10E 系列; ? SecurCore 系列; ? Intel 的 StrongARM ; ? Intel 的 Xscale 。 2017-6-34 ARM 体系结构的演变发展 1998 2000 2002 2004 time version V5TE V5TEJ V6 1994 1996 2006 V4 V4T ARM7TDMI ARM926EJ ARM1022E XScale TM ARM1020 ARM1026EJ ARM9E ARM920T ARM1136J(F) StrongARM ? ARM720T StrongARM, XScale 是英特尔持的有商标 2017-6-35 ARM 架构( Architecture ) THUMB TM DSP Jazelle TM Media ?不断创新以提升性能? THUMB TM : 35% 代码压缩? DSP 扩充:定点 DSP 的高性能? Jazelle TM: Java 性能显著提高, 最高到 8倍? Media 扩充: 音频/视频性能显著提高, 最高到 4倍?向下兼容以保护软件投入 Architecture v4T v5TE v5TEJ v6 特性集 2017-6-36 ARM processor ’ s name ARM 926EJ-S ARM 926EJ-S Family number 7 : ARM7 9 : ARM9 10 : ARM10 11 : ARM11 Memory system 2 : Cache, MMU, Process ID 4 : Cache, MPU 6 : Write buffer, no cache Memory size 0 : Cache size (4-128KB) 2 : Reduced cache size 6 : TCM ARM920T = ARM9 + Thumb + MMU + 16K/16K cache Synthesizable Extensions E : DSP extension J : Jazelle extension T : Thumb support … 2017-6-37命名中扩展的含义 2017-6-38 ARM920T 系统结构分析 ARM9TDMI 采用 5级流水线,其结构图如下图所示,具有分开的指令和数据存储器, 5级流水线具体如下。(1)取指:从存储器中取出指令,并将其放入指令流水线。(2)译码:对指令进行译码。(3)执行:把一个操作数移位,产生 ALU 的结果。(4)缓冲/数据:如果需要,则访问数据存储器;否则 ALU 的结果只是简单地缓冲 1个时钟周期,以便所有的指令具有同样的流水线流程。(5)回写:将指令产生的结果回写到寄存器,包括任何从存储器中读取的数据。 2017-6-39 ? ARM9TDMI 处理器一个显著的特点是采用指令和数据分离访问的方式,即采用了指令缓存( I-Cache )和数据缓存( D-Cache )。这样可以把指令访问和数据访问单独安排 1级流水线。 ARM920T 系统结构分析 10 ARM9 处理能力的提高是通过增加时钟频率和减少指令执行周期实现的。(1)时钟频率的提高 ARM9 采用了五级流水线,而 ARM7 采用的是三级流水线, ARM9 增加的流水线设计提高了时钟频率和并行处理能力。五级流水线能够将各条指令处理分配到 5个时钟周期内, 在每个时钟周期内同时有 5条指令在执行。在同样的加工工艺下, ARM9 TDMI 处理器的时钟频率是 ARM7 TDMI 的2倍左右。(2)指令周期的改进指令周期的改进有助于处理器性能的提高。性能提高的幅度依赖于代码执行时指令的重叠。① load 指令和 store 指令指令周期数改进最明显的是 load 指令和 store 指令。②互锁(interlock) 技术当指令需要的数据因为以前的指令没有执行完,将产生管道互锁。管道发生互锁时,硬件将停止该指令的执行,直到