基于ARM体系看嵌入式处理器的发展

摘 要：随着科技的巨大进步，嵌入式技术的发展越来越成熟，嵌入式处理器逐渐成为应用的主流，并且有逐渐占领中高端市场的趋势。本文介绍ARM体系的历史以及发展过程，ARM体系的指令集，嵌入式处理器，同时在ARM体系中看到嵌入式处理器的优势所在，以及未来发展的潜力以及挑战。

【关键词】ARM体系指令集 ARM体系 嵌入式处理器

嵌入式技术的高速发展，另嵌入式处理器已经深入到许多领域当中，例如：计算机技术，微电子技术，网络以及通讯信息等领域。ARM嵌入式处理器以及其完整的发展系列，其具有体积小，功率损耗低，高性能，低成本的优势，以及按对象所需不同功能及时嵌入扩展模块的实用性。因此，ARM嵌入式处理器的成长以及潜力巨大，但同时更高的性能要求，将是很大的技术挑战。

1 ARM体系的历史和和发展

1978年12月，CPU公司在英国剑桥创办，当时主要业务是为当地市场供应电子设备。1979年，CPU公司更名为Acorn计算机公司。1985年，第一代32位，6MHz的处理器ARM诞生.精简指令计算机的英文缩写是“RISC”，其支持简单的指令，同时功率损耗很小，成本低，尤其适合移动的设备。20世纪90年代初期，ARM 32位嵌入式RISC处理器发展到世界范围，得到各界的认可。因其优势明显，占领了低耗能、低成本和高性能的嵌入式系统应用领域的大部分市场。但ARM公司不生产营销芯片，它只传播芯片技术以及授权给生产商。

ARM体系的代表ARM7、ARM9、ARM11等，ARM7系列的程序指令存储器和数据存储器是存储合并在一起的；而ARM9、ARM11系列的程序指令存储和数据存储是分离的，也就是说采用哈弗结构。ARM9、ARM11的性能要比ARM7的要高，跑操作系统建议不用ARM7系列。

2 ARM体系指令集

CPU 的指令集要有分层思想，才能很好地实现软件与硬件的结合。一方面，指令集跟编译器要很好地兼容；另一方面，要使硬件的设计得到实现。ARM是代表性的RISC体系，而RISC的设计思想要求指令集简单，简洁。与CISC体系比较，RISC体系具有很明显的优势，其可以通过容易的指令实现复杂的功能。

ARM的指令集包括分支指令，数据处理指令，状态寄存转移指令，协处理指令，异常处理指令，LOAD-STORE数据移动指令这6种典型指令。ARM指令集是非常实用，优秀的指令集，它有以下的几个特点：

（1）ARM指令都是32位定长，有4 byte内存边界保存，因此流水线和译码电路更容易实现。

（2）ARM指令集可以压缩成十六位Thumb 指令集形式，因此可以减低损耗以及获得更高的代码密度。

（3）LOAD-STORE框架。只有这种类别的指令可以访问内部储存器，也可以转移寄存器和内部储存器的数据、地址，而其他的指令没有着种功能。

（4）STM和LD指令，当发生中断处理时，能把寄存器中的数据等内容保护到堆栈中。

由以上的特点可知，ARM指令集的方便性，简单性适用于汇编语言的设计，此外，还有利于高级语言编译器的开发。

3 嵌入式处理器

自微型处理器的问世至今，嵌入式系统飞速的发展，嵌入式处理器直接关系到整个嵌入式系统的机能的优越性。如今世界上具有嵌入式功能特点的处理器已经不少于1000种，比较盛行体系结构包含MPU，MCU等多个系列。

嵌入式系统的关键是其处理器，是辅助、控制系统运行的硬件基础。其应用领域极其广，从起先应用的4位处理器，到近年仍在大量应用的8位单片机，再到现在越来越受欢迎的32位，64位嵌入式CPU。

嵌入式处理器作为嵌入式系统的关键，其担任着控制系统正确、高效运行的重要任务，让该设备智能化和使用操作简便。嵌入式处理器具有的特点：

（1）能实时多任务处理；

（2）存储区的保护功能；

（3）有可扩展的微处理器结构；

（4）很强的中断处理能力；

（5）低功率损耗。

4 从ARM体系看嵌入式处理器的前景及我国的未来发展

嵌入式处理器主要应用在PC机上，从ARM体系可看到它的发展趋势，以及我国集成电路发展的前进方向。

（1）嵌入式处理器领域都普遍要求设计时间周期短，性能高，功率损耗低。根据这个要求，CISC体系要想达到这些要求比较难，比如Intel的P4处理器，功率损耗低达55W，其内部设计、测试难度大。而RISC体系恰有上述的优点，因此ARM体系的嵌入式处理器在其领域有绝对性的优势。

（2）目前集成电路发展趋势是以软硬件共同设计和超微型系统芯片为主，实际上，系统芯片（SOC）上要集成多个微型处理器，这给SOC的设计带来了很大的技术难度。ARM体系为客户提供许多技术成熟并大众化的RISC处理器核，同时减少SOC芯片的上市时间，占领市场优势。例如GSM移动通信处理芯片等，在嵌入式处理器领域方面有一定的地位。

（3）就目前我国的集成电路还处在飞跃发展时期，要想和Intel等巨头抗衡是不现实的，但在嵌入式处理领域，因其应用性领域广泛，我认为还是有所作为的。国家应该鼓励并成立一些高水平的的集成电路公司，利用我国的人才优势，自主研发具有知识产权的RISC处理器核，并大量推广于市场，提高市场的竞争力，这样我们在嵌入式处理器领域将会有所成就。

5 结束语

本文从ARM体系在看待嵌入式发展的的趋势和方向，首先介绍ARM体系的发展过程，ARM体系的指令集，嵌入式处理器，与此同时分析ARM体系中嵌入式处理器的优势所在，以及我国未来在嵌入式创新，研发的方向，嵌入式处理器领域的未来潜力巨大，ARM体系的处理器将会引领各领域潮流。

参考文献

[1]任哲.ARM体系结构及其嵌入式处理器[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008（01）.

[2]杜春雷.ARM体系结构与编程[M].北京：清华大学出版社，2003.