ARM9处理器

　　ARM9主要包括ARM9TDMI和ARM9E-S等系列。

　　新一代的ARM9处理器，通过全新的设计，采用了更多的晶体管，能够达到两倍以上于ARM7处理器的处理能力。这种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。

　　（一） 时钟频率的提高：

　　ARM7处理器采用3级流水线，而ARM9采用5级流水线。增加的流水线设计提高了时钟频率和并行处理能力。5级流水线能够将每一个指令处理分配到5个时钟周期内，在每一个时钟周期内同时有5个指令在执行。在同样的加工工艺下，ARM9TDMI处理器的时钟频率是ARM7TDMI的1．8～2．2倍。

　　（二） 指令周期的改进：

　　指令周期的改进对于处理器性能的提高有很大的帮助。性能提高的幅度依赖于代码执行时指令的重叠，这实际上是程序本身的问题。对于采用最高级的语言，一般来说，性能的提高在30%左右。

　　指令　　

　　1、loads 指令与n stores指令

　　指令周期数的改进最明显的是loads指令和stores指令。从ARM7到ARM9这两条指令的执行时间减少了30%。指令周期的减少是由于ARM7和ARM9两种处理器内的两个基本的微处理结构不同所造成的。

　　(1)ARM9有独立的指令和数据存储器接口，允许处理器同时进行取指和读写数据。这叫作改进型哈佛结构。而ARM7只有数据存储器接口，它同时用来取指令和数据访问。

　　(2)5级流水线引入了独立的存储器和写回流水线，分别用来访问存储器和将结果写回寄存器。

　　以上两点实现了一个周期完成loads指令和stores指令。

　　2、互锁(interlocks)技术

　　当指令需要的数据因为以前的指令没有执行完而没有准备好就会产生管道互锁。当管道互锁发生时，硬件会停止这个指令的执行，直到数据准备好为止。虽然这种技术会增加代码执行时间，但是为初期的设计者提供了巨大的方便。编译器以及汇编程序员可以通过重新设计代码的顺序或者其他方法来减少管道互锁的数量。

　　3、分枝指令

　　ARM9和ARM7的分枝指令周期是相同的。而且ARM9TDMI和ARM9E-S并没有对分枝指令进行预测处理。

　　ARM9E-S的结构及其特点： 

　　(1)32bit定点RISC处理器，改进型ARM/Thumb代码交织，增强性乘法器设计。支持实时(real-time)调试；

　　(2)片内指令和数据SRAM，而且指令和数据的存储器容量可调；

　　(3)片内指令和数据高速缓冲器(cache)容量从4K字节到1M字节；

　　(4)设置保护单元(protection unit)，非常适合嵌入式应用中对存储器进行分段和保护；

　　(5)采用AMBA AHB总线接口，为外设提供统一的地址和数据总线；

　　(6)支持外部协处理器，指令和数据总线有简单的握手信令支持；

　　(7)支持标准基本逻辑单元扫描测试方法学，而且支持BIST(built-in-self-test)；

　　(8)支持嵌入式跟踪宏单元，支持实时跟踪指令和数据。

 

　　ARM微处理器是一种高性能、低功耗的32位微处器，它被广泛应用于嵌入式系统中。ARM9代表了ARM公司主流的处理器，已经在手持电话、机顶盒、数码像机、GPS、个人数字助理以及因特网设备等方面有了广泛的应用。