3.2 ARM微处理器的分类

ARM微处理器目前包括下面8个系列，以及其他厂商基于ARM体系结构的处理器，除了具有ARM体系结构的共同特点外，每一个系列的ARM微处理器都有各自的特点和应用领域。

3.2.1 ARM7微处理器

ARM7微处理器采用了冯·诺依曼体系结构，这种体系结构将程序指令存储器和数据存储器结合在一起。ARM7系列微处理器包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ 4种类型。其中，ARM7TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器，内嵌硬件乘法器，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。ARM7指令集同Thumb指令集扩展结合在一起，可以减少内存容量和系统成本。同时，它还利用嵌入式ICE调试技术来简化系统设计，并用一个DSP增强扩展来改进性能。

ARM7微处理器系列具有如下特点：

■ 极低的功耗，适合功耗要求较高的应用，如便携式产品。具有嵌入式ICE-RT逻辑，调试开发方便。

■ 代码密度高并兼容16位的Thumb指令集。

■ 对操作系统的支持范围广，包括Windows CE、Linux、Palm OS等。

■ 指令系统与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用户的产品升级换代。

■ 能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构。

■ 主频最高可达130MIPS（兆指令/s），高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用。

ARM7系列微处理器的主要应用领域为工业控制、Internet设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。

ARM720T处理器内核是在ARM7TDMI处理器内核基础上，增加8KB的数据与指令Cache，支持段式和页式存储的MMU、写缓冲器及AMBA接口而构成。ARM720T内核结构如图3-2所示。

3.2.2 ARM9微处理器

ARM9系列微处理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T 3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系列微处理器具有以下特点：

■ 提供1.1MIPS/MHz的哈佛结构。

■ 支持32位的高速AMBA总线接口。

■ MPU支持实时操作系统。

■ 支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力。

ARM9系列微处理器主要应用于引擎管理、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、PDA、网络计算机及带有MP3音频和MPEG4视频多媒体格式的智能电话中。

ARM920T处理器是ARM9TDMI通用微处理器家族中的一员，主要用于把完全的存储器管理、高性能和低功耗都看得非常重要的多处理器应用领域。ARM920T内核结构如图3-3所示。

3.2.3 ARM9E微处理器

ARM9E系列微处理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM966E-S 3种类型，使用单一的处理器内核提供了微控制器、DSP、Java应用系统的解决方案。ARM9E系列微处理器提供了增强的DSP处理能力，适用于需要同时使用DSP和微控制器的应用场合。

ARM9E系列微处理器支持DSP指令集，适用于需要高速数字信号处理的场合。ARM9E系列微处理器采用5级整数流水线，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，支持VFP9浮点处理协处理器，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，支持数据Cache和指令Cache，主频最高可达300MIPS。

ARM9E系列微处理器的主要特点如下：

■ 支持DSP指令集，适用于需要高速数字信号处理的场合。

■ 5级整数流水线，指令执行效率更高。

■ 支持VFP9浮点处理协处理器。

■ MPU支持实时操作系统。

■ 支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力。

■ 主频最高可达300MIPS。

ARM9E系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、存储设备和网络设备等领域。

3.2.4 ARM10E微处理器

ARM10E系列微处理器包含ARM1020E、ARM1022E和ARM1026EJ-S 3种类型，由于采用了新的体系结构，与同等的ARM9器件相比，在同样的时钟频率下，性能提高了近50％。同时采用了两种先进的节能方式，使其功耗极低。ARM10E处理器采用ARMVST体系结构，可以分为6级流水处理，采用指令与数据分离的Cache结构，平均功耗1000mW，时钟速度为300MHz，每条指令平均执行1.2个时钟周期。

ARM10E系列微处理器的主要特点如下：

■ 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。

■ 6级整数流水线，指令执行效率更高。

■ 内嵌并行读/写操作部件。

■ 全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统。

■ 支持数据cache和指令cache，具有更高的指令和数据处理能力。

■ 主频最高可达400MIPS。

ARM10E系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、通信和信息系统等领域。

3.2.5 ARM11微处理器

ARM11系列微处理器可以在使用130nm技术，小至2.2mm2的芯片面积和低至0.24mW/MHz的前提下达到高达500MHz的性能表现。ARM11系列微处理器以众多消费产品市场为目标，推出了许多新的技术，包括针对媒体处理的SIMD、用于提高安全性能的TrustZone技术和智能能源管理。主要的ARM11系列微处理器有ARM1136JF-S、ARM1156T2F-S、ARM1176JZF-S、ARM11 MCORE等。

3.2.6 SecurCore微处理器

SecurCore系列微处理器包含SecurCore SC100、SecurCore SC110、SecurCore SC200和SecurCore SC210，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体系结构的各种主要特点外，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系列微处理器除了具有ARM体系结构的各种主要特点外，在系统安全方面具有如下的特点：

■ 可集成用户自己的安全特性和其他协处理器。

■ 采用软内核技术，防止外部对其进行扫描探测。

■ 带有灵活的保护单元，以确保操作系统和应用数据的安全。

SecurCore系列微处理器主要应用于一些对安全性要求较高的应用产品及应用系统，如电子商务、电子政务、电子银行业务、网络和认证系统等领域。

3.2.7 StrongARM微处理器

StrongARM微处理器是采用ARM体系结构高度集成的32位RISC微处理器，典型产品如SA110处理器、SA1100处理器、SA1110PDA系统芯片和SA1500多媒体处理器芯片等。例如，其中的StrongARM SA-1110微处理器是一款集成了32位StrongARM RISC处理器核、系统支持逻辑、多通信通道、LCD控制器、存储器和PCMCIA控制器及通用I/O接口的高集成度通信控制器，该处理器最高可在206MHz下运行。SA-1110有一个大的指令cache和数据cache、内存管理单元和读/写缓存。存储器总线可以和包括SDRAM、SMROM和类似SRAM的许多器件相接。

StrongARM处理器是便携式通信产品和消费类电子产品的理想选择。

3.2.8 XScale微处理器

XScale系列微处理器提供了一种全新的、高性价比、低功耗的解决方案，支持16位Thumb指令和DSP扩充。基于XScale技术开发的微处理器，可用于手机、便携式终端、网络存储设备、骨干网路由器等。

XScale处理器的处理速度是StrongARM处理速度的两倍，数据Cache的容量从8KB增加到32KB，指令Cache的容量从16KB增加到32KB，微小数据Cache的容量从512B增加到2KB；为了提高指令的执行速度，超级流水线结构由5级增至7级；新增乘/加法器MAC和特定的DSP型协处理器，以提高对多媒体技术的支持；动态电源管理，使XScale处理器的时钟可达1GHz、功耗1.6W，并能达到1200MIPS。

XScale微处理器架构经过专门设计，核心采用了Intel公司先进的0.18μm工艺技术制造；具备低功耗特性，适用范围为0.1mW～1.6W。同时，它的时钟工作频率接近1GHz。XScale与StrongARM相比，可大幅降低工作电压并且获得更高的性能。

Xscale处理器已使用在数字移动电话、个人数字助理和网络产品等场合。