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ARM968 处理器

ARM968 处理器 Image
ARM968E-S™ 是一种可完全合成的 32 位 RISC 处理器,专门用于嵌入式实时应用,是最小、功耗最低的 ARM9™ 系列处理器。
 


概述

ARM968E-S 是一种面积较小的内核,主要针对低功耗和数据密集型应用

ARM968E-S 处理器专为硬实时应用而设计,可提供高确定性性能。在 ARM9™ 处理器系列中,ARM968E-S 处理器面积最小且功效最高。

ARM968E-S 处理器具有以下一些特点:

  • 可直接单独连接指令和数据紧密耦合内存 (TCM),大小可变。
  • 专用 AMBA® AHB-lite 辅助接口直接内存访问 (DMA) 端口和双存储数据 TCM 使处理器和 DMA 控制器可共享对 TCM 的访问权限
  • 保持与 ARM7TDMI® 处理器的二进制兼容

业界标准

迄今已售出 50 多亿台 ARM9 处理器

ARM968E-S 处理器是 ARM9 系列中最受欢迎的一种处理器,并不断在众多产品和应用中得到成功部署,这些产品和应用要求高确定性行为且尽可能减小面积和功耗预算。

通过提供稳定而可靠的性能,该处理器为设计人员提供了低风险解决方案,并加快了产品上市速度。

应用范围

ARM968E-S 处理器可用于众多先进的数字产品

产品类型 应用

消费品

智能手机、PDA、机顶盒、PMP、电子玩具、数码相机、数码摄像机等

联网

无线局域网、802.11、蓝牙、Firewire、SCSI、2.5G/3G 基带等

汽车

电力火车、ABS、车身系统、导航、信息娱乐等

嵌入式

USB 控制器、蓝牙控制器、医用扫描仪等

存储

硬盘控制器、固态驱动器等

灵活

可针对功能丰富且性价比较高的应用进行定制

  • 高度可配置的 TCM 加总线接口
  • 灵活的调试和跟踪基础结构
  • 可选浮点单元 (IEE754)

丰富的 OS、RTOS 和工具支持生态体系

Connected Community 中,有 650 多名成员支持 ARM968E-S 处理器

  • 行业中最广泛的编译器、调试器和 RTOS 工具生态体系
  • 众多设计服务合作伙伴可帮助完成设计任务
  • 大量第三方 IP 可与处理器集成。

 ARM968E-S 性能、功耗和面积  
工艺

 TSMC 130nm G 

 TSMC 90nm G 

优化类型

 速度优化

 面积优化

 速度优化 

 面积优化 

标准单元库

ARM SC12

ARM SC9

ARM SC12

ARM SC7

性能(DMIPS 总计)

297

198 

517

308

性能 (DMIPS/MHz)

1.1

1.1

1.1

1.1

最大频率* (MHz)

270

180

470

280

高速缓存大小

-

-

-

-

面积 (mm2)

0.45

0.40

0.42

0.20

功耗 (mW/MHz)

0.14

0.11

0.11

0.06

功效 (DMIPS/mW)

7.86

10.0

10.0 

18.3

内核面积、频率范围和功耗取决于工艺、库和优化。上面引述的数字说明了使用通用 TSMC 工艺技术、ARM 物理 IP 标准单元库RAM 的合成内核。

速度优化的实现是指为了实现目标频率性能而做出的库选择、合成流决策和折衷。面积优化的实现是指为了实现目标面积密度而做出的库选择、合成流决策和折衷。

* 最坏情况:90 纳米工艺 – 0.9V,125C,慢硅

  典型情况:90 纳米工艺 – 1V,25C,普通硅

 


ARM968E-S
架构  ARMv5TE(哈佛)
ISA 支持
管道  5 阶段
Dhrystone 性能  1.1 DMIPS/MHz (ARM)
中断  FIQ / IRQ
内存系统 主/TCM 接口
总线

 2x AMBA® AHB 接口

  • 常规用 AHB-lite 主接口
  • 用于 DMA TCM 存取的 AHB-lite 辅助接口
调试和跟踪  EmbeddedICE-RT 实时调试设备
 JTAG 接口单元
 用于直接连接到嵌入式跟踪宏单元 (CoreSight™ ETM9) 的接口
可用性     可合成

 

 ARM968E-S 主要特点 

功能 说明
ARM 和 Thumb ISA

ARM 32 位指令集用于需要高性能的各种应用。ARM 指令的长度为 32 位,需要 4 字节边界对齐。还可对所有 ARM 指令进行“条件化”,使其仅在前面的指令设置了特定条件代码时才执行。

Thumb 是对 32 位 ARM 架构的扩展。Thumb 指令集是已压缩至 16 位宽操作码的、最常用的 32 位 ARM 指令的子集。在执行时,这些 16 位指令实时、透明地解压缩为完整 32 位 ARM 指令,且无性能损失。

设计人员可以同时使用 16 位 Thumb 和 32 位 ARM 指令集,这样,他们就可以灵活地根据应用需求在子例程级别上增强性能或调整代码大小。

可配置指令和数据 TCM

ARM968E-S 处理器支持高度可配置的指令和数据 TCM。TCM 通常用于对缓存不能做出很好响应的应用,例如具有有限闭环控制的高确定性或低延迟应用。TCM 存取具有确定性,它们不存取 AHB。因此,可以使用 DTCM 和 ITCM 存储实时、性能关键代码。

指令 TCM 通常用于处理中断或异常,数据 TCM 用于处理数据密集型任务,例如音频或视频处理。第二个接口可以有两个内存端口,用来增加带宽以及针对基于 DMA 的传入数据流进行交叉存取。 

TCM 接口具有以下特点: 

  • 可以分别将 ITCM 和 DTCM 大小配置为 0KB 或 1KB-4MB(按二次方形式增长) 
  • 其他 DTCM 访问端口 D0TCM 和 D1TCM 可在 32 位(字)粒度级别对 DTCM 同时进行 DMA 和处理器交叉存取
  • TCM 大小和可用性的软件可见性和可编程性
  • ITCM 的引导控制
  • 对 ITCM 进行数据存取以便在代码中生成文本池
  • 支持读写的简单 SRAM 类型接口
  • 对 ITCM 和 DTCM 的可变 TCM 等待状态控制
  • 用于 DMA 引擎的单独 AHB-Lite 辅助接口

该 TCM 位于内存映射的 TCM 地址空间中。

DSP 扩展

ARM9 系列得益于强大的 DSP 扩展,可为范围广泛的软件应用(如伺服马达控制、VoIP 和视频/音频编解码器等)提供低功耗、高性能的 ARM9 解决方案。

ARM DSP 扩展改进了 DSP 性能,且无需非常高的时钟频率。几乎不增加典型实现中的功耗即可获得此性能。DSP 扩展广泛应用于智能手机以及需要大量信号处理的类似嵌入式系统,从而避免使用其他硬件加速器。

  • 单周期 16x16 和 32x16 MAC 实现
  • 改进性能后,2-3 x DSP 超越了基于 ARM7™ 的 CPU 产品
  • 零开销饱和扩展支持
  • 用于加载和存储寄存器对的指令,包含增强的寻址模式
  • CLZ 指令改进了算术运算标准化,提高了除法性能

用于 ARM 架构的编译器可以使用这些 DSP 扩展来改进标准 C 和 C++ 软件的代码生成过程,或者允许软件开发人员明确要求通过内部函数或内联汇编代码使用这些扩展。

可选 VFP9-S 浮点单元

VFP9-S 协处理器可提供 IEEE 754 标准兼容操作。VFP9-S 协处理器专为 ARM9 处理器系列而设计,可全面支持包含累加运算的单精度和双精度加、减、乘、除运算。提供浮点数据格式与 ARM 整数文字格式间的转换,可进行在高级语言支持的趋向零舍入模式下执行转换的特殊运算。

VFP9-S 协处理器可为嵌入式应用提供性能-功率-面积解决方案,为普通应用(如 Java)提供高性能。

VFP9-S 协处理器在以下方面进行了优化: 

  • 通过 32 位拆分负载和存储总线实现高数据传输带宽 
  • 在对标准化数据进行高比例运算时,加快硬件执行速度以提高整体性能,同时,根据需要提供全面的 IEEE 754 标准支持 
  • 除法和平方根运算与其他算术运算并行执行,从而减少长延迟运算的影响
  • 在 RunFast 模式下接近 IEEE 754 标准兼容性,无需使用支持代码,从而为所有输入数据提供确切的运行时计算。
  • 低功耗、小芯片尺寸、减少内核代码
DMA 双 AHB-Lite 接口 ARM968E-S DMA 实现了 AHB-Lite 总线辅助接口。它紧密集成了 TCM 接口,可避免与处理器争夺访问权限。专用 AHB-lite 辅助 DMA 端口和双存储数据 TCM 使处理器和 DMA 控制器可共享对 TCM 的访问权限。即使处理器处于低功耗等待中断状态,也可以向(或从)TCM 传送数据和代码。
调试接口

ARM968E-S 处理器包含用于高级调试功能的硬件扩展,以便于进行应用软件和操作系统开发。 

通过调试扩展,停顿的系统调试操作可在其他所有系统活动继续照常运行的情况下检查处理器的内部状态和 AHB 的外部状态。 

还支持监控调试模式操作,这使得用户可以在执行关键中断服务例程时调试 ARM968E-S 处理器。

通常,调试监控程序通过调试信道与调试主机进行通讯。

ETM 接口 CoreSight ETM9 为 ARM968 处理器提供非侵入性、周期准确的指令跟踪和数据跟踪功能。


系统开发

连接到标准系统 IP - AMBA® 互连兼容性实现了外围设备和内存的快速且高效的系统设计。

 

系统 IP

系统 IP 组件是在芯片上构建复杂系统的基础,通过利用 ARM 系统 IP 组件,开发人员可以显著缩短开发和验证周期,节约成本并缩短产品上市时间

说明

AMBA 总线

系统 IP 组件

通过 AMBA AHB 接口快速配置嵌入式系统

AHB

AMBA 设计工具包 (ADK)

AHB 内存控制器(动态、静态以及混合内存控制器)

AHB

PL24X 系列

可合成 UART

AHB

PL011

可合成单线外设接口 (SPI) 控制器

AHB

PL022

符合 IBM 定义的 PS/2 接口标准的组合键盘或鼠标接口

AHB

PL050

支持 8 位并带中断控制的综合 GPIO 控制器。

AHB

PL061

 

媒体处理器

Mali™ 系列产品组合可提供完整的图形栈以满足所有嵌入式图形要求,从而使设备制造商和内容开发商能够为范围广泛的消费类设备提供最高质量的尖端图形解决方案。

Mali-55 GPU

Mali-55 GPU 是世界上最小的 OpenGL ES 1.1 兼容 GPU,它使用基于 Mali 拼贴的渲染架构,可最大限度地提高显示图形图像时的能源利用率,同时减少对系统的带宽需求。

 

物理 IP

ARM® 物理 IP 平台为一流的 ARM 处理器实现提供工艺上得到优化的 IP。

标准单元逻辑库

ARM 标准单元库适用于各种不同的架构,可支持所有类型的 SoC 设计的较宽性能范围。设计人员可以选择不同的库,并针对速度、功耗和/或面积优化其设计

内存编译器和寄存器

各种不同的经过硅验证的 SRAM寄存器文件和 ROM 内存编译器,它们适用于所有类型的 SoC 设计,包括性能关键应用以及成本敏感和低功耗应用。

接口库

为符合不断变化的系统架构和标准而设计的一系列硅验证接口 IP。通用 I/O专用 I/O高速 DDR 和串行接口已经过优化以使用低针数提供高数据吞吐量性能。

 

工具生态体系

所有 ARM 处理器均受 ARM RealView® 系列开发工具以及各种第三方工具、操作系统和 EDA 供应商的支持。ARM RealView 工具独一无二,所提供的解决方案涉及从概念到最终产品部署的整个开发过程。

 


 
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