ARM微处理器是嵌入式系统中的核心组件,其发展历程涵盖了多个系列,从早期的ARM7到最新的Cortex系列。ARM7系列包括了ARM7TDMI、ARM710T、ARM720T等,它们主要特点是低功耗和简单高效,适用于小型设备。ARM9系列则在ARM7的基础上增加了Cache内存管理和更高的时钟频率,例如ARM9TDMI、ARM920T等,它们通常拥有更强大的处理能力,适合于需要更高性能的应用。
ARM9E系列进一步强化了性能,如ARM926EJ-S和ARM946E-S,支持更复杂的内存管理单元(MMU)、数据处理单元(DSP)以及Jazelle技术,后者允许直接执行Java字节码,提高了Java应用的效率。ARM10E系列如ARM1020E和ARM1022E,继续提升时钟频率和内存管理能力。
ARM11系列是基于ARMv6架构的,如ARM1136J-S和ARM1156T2-S,它们支持浮点运算,且具有可配置的Thumb-2指令集,提供了更广泛的性能选项和灵活性。Cortex系列是ARM的最新产品线,包括Cortex-A、Cortex-R和Cortex-M三个子系列。Cortex-A系列如Cortex-A15、A9、A8、A7、A5,面向高性能应用,如智能手机和服务器;Cortex-R系列针对实时操作系统,适用于需要快速响应的场合;而Cortex-M系列如Cortex-M3,是针对微控制器的优化设计,具有高效能和低功耗的特点。
在选择ARM处理器时,需考虑以下几个关键因素:是否需要操作系统支持,这涉及到是否带有MMU;处理能力要求,由系统时钟频率决定;芯片内存储器容量;片内扩展模块,如特定的外设接口;是否需要多核结构,如ARM+DSP或双核ARM;以及处理器封装形式,如QFP、BGA等。
ARM处理器体系结构包含了处理器状态,比如ARM状态和Thumb状态,这两种状态分别对应不同的指令集,ARM状态使用32位的ARM指令集,而Thumb状态使用16位的Thumb指令集,以实现代码密度和效率的平衡。此外,流水线级别是处理器性能的重要指标,它决定了指令执行的并行度。例如,ARM9TDMI具有5级流水线,而ARM1020E则提升到了6级。
ARM处理器家族提供了广泛的选择,覆盖从低端微控制器到高端移动设备和服务器的各种应用场景。选择合适的ARM处理器需要综合评估性能、内存需求、扩展性以及功耗等多个因素。