眾所周知，ARM9系列處理器是英國(guó)ARM公司設(shè)計(jì)的主流嵌入式處理器，主要包括ARM9TDMI和ARM9E-S等系列，基于arm9其它公司推出了自己的CPU芯片，如三星推出了S3C2440。還有TI啊，ATMEL啊，高通啊都基于arm9推出了自己的CPU芯片。

ARM9采用哈佛體系結(jié)構(gòu)，指令和數(shù)據(jù)分屬不同的總線，可以并行處理。在流水線上，ARM7是三級(jí)流水線，ARM9是五級(jí)流水線。由于結(jié)構(gòu)不同，ARM7的執(zhí)行效率低于ARM9。平時(shí)所說(shuō)的ARM7、ARM9實(shí)際上指的是ARM7TDMI、ARM9TDMI軟核，這種處理器軟核并不帶有MMU和cache，不能夠運(yùn)行諸如linux這樣的嵌入式操作系統(tǒng)。而ARM公司對(duì)這種架構(gòu)進(jìn)行了擴(kuò)展，所以有了ARM710T、ARM720T、ARM920T、ARM922T等帶有MMU和cache的處理器內(nèi)核。

融合了ARM920T? ARM® Thumb® 處理器

– 工作于180 MHz時(shí)性能高達(dá)200 MIPS，存儲(chǔ)器管理單元

– 16-K 字節(jié)的數(shù)據(jù)緩存，16-K字節(jié)的指令緩存，寫(xiě)緩沖器

– 含有調(diào)試信道的內(nèi)部仿真器

– 中等規(guī)模的嵌入式宏單元結(jié)構(gòu)( 僅針對(duì)256 BGA 封裝)

· 低功耗：VDDCORE電流為30.4 mA 待機(jī)模式電流為3.1 mA

· 附加的嵌入式存儲(chǔ)器

– SRAM為16K ;ROM為128K

· 外部總線接口(EBI)

– 支持SDRAM，靜態(tài)存儲(chǔ)器， Burst Flash，無(wú)縫連接的CompactFlash®，

SmartMedia?及NAND Flash

· 提高性能而使用的系統(tǒng)外設(shè)：

– 增強(qiáng)的時(shí)鐘發(fā)生器與電源管理控制器

– 兩個(gè)有雙PLL的片上振蕩器

– 低速的時(shí)鐘操作模式與軟件功耗優(yōu)化能力

– 四個(gè)可編程的外部時(shí)鐘信號(hào)

– 包括周期性中斷、看門(mén)狗及第二計(jì)數(shù)器的系統(tǒng)定時(shí)器

– 有報(bào)警中斷的實(shí)時(shí)時(shí)鐘

– 調(diào)試單元、兩線UART并支持調(diào)試信道

– 有8 個(gè)優(yōu)先級(jí)的高級(jí)中斷控制器，獨(dú)立的可屏蔽中斷源，偽中斷保護(hù)

– 7個(gè)外部中斷源及1 個(gè)快速中斷源

– 有122個(gè)可編程I/O口線的四個(gè)32 位PIO控制器，各線均有輸入變化中斷及開(kāi)漏能力

– 20通道的外設(shè)數(shù)據(jù)控制器(DMA)

· 10/100 Base-T 型以太網(wǎng)卡接口

– 獨(dú)立的媒體接口(MII)或簡(jiǎn)化的獨(dú)立媒體接口(RMII)

– 對(duì)于接收與發(fā)送有集成的28 字節(jié)FIFO及專用的DMA 通道

· USB 2.0 全速(12 M比特/秒) 主機(jī)雙端口

– 雙片上收發(fā)器(208引腳PQFP封裝中僅為一個(gè))

– 集成的FIFO及專用的DMA 通道

· USB 2.0 全速(12 M比特/秒) 器件端口

– 片上收發(fā)器， 2-K字節(jié)可配置的集成FIFO

· 多媒體卡接口(MCI)

– 自動(dòng)協(xié)議控制及快速自動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸

– 與MMC及SD存儲(chǔ)器卡兼容，支持兩個(gè)SD存儲(chǔ)器

· 3個(gè)同步串行控制器(SSC)

– 每個(gè)接收器與發(fā)送器有獨(dú)立的時(shí)鐘及幀同步信號(hào)

– 支持I2S模擬接口，時(shí)分復(fù)用

– 32比特的高速數(shù)據(jù)流傳輸能力

· 4個(gè)通用同步/異步接收/發(fā)送器(USART)

– 支持ISO7816 T0/T1 智能卡

– 硬軟件握手

– 支持RS485 及高達(dá)115 Kbps的IrDA 總線

– USART1為全調(diào)制解調(diào)控制線

· 主機(jī)/從機(jī)串行外設(shè)接口(SPI)

– 8～ 16 位可編程數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，可連接4個(gè)外設(shè)

· 兩個(gè) 3 通道16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器(TC)

– 3個(gè)外部時(shí)鐘輸入，每條通道有2 個(gè)多功能I/O引腳

– 雙PWM 產(chǎn)生器，捕獲/波形模式，上加/下減計(jì)數(shù)能力

· 兩線接口(TWI)

– 主機(jī)模式支持，所有兩線Atmel EEPROM 支持

· 所有數(shù)字引腳的IEEE 1149.1 JTAG邊界掃描

· 電源供應(yīng)

– VDDCORE，VDDOSC及VDDPLL電壓為：1.65V ～1.95V

– VDDIOP (外設(shè)I/O) 及VDDIOM (存儲(chǔ)器I/O)電壓為：1.65V～ 3.6V

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

以ARM9E-S為例介紹ARM9處理器的主要結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。ARM9E-S的結(jié)構(gòu)如圖4所示。其主要特點(diǎn)如下：

⑴32bit定點(diǎn)RISC處理器，改進(jìn)型ARM/Thumb代碼交織，增強(qiáng)性乘法器設(shè)計(jì)。支持實(shí)時(shí)(real-time)調(diào)試;

⑵片內(nèi)指令和數(shù)據(jù)SRAM，而且指令和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器容量可調(diào);

⑶片內(nèi)指令和數(shù)據(jù)高速緩沖器(cache)容量從4K字節(jié)到1M字節(jié);

⑷設(shè)置保護(hù)單元(protection unit)，非常適合嵌入式應(yīng)用中對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行分段和保護(hù);

⑸采用AMBA AHB總線接口，為外設(shè)提供統(tǒng)一的地址和數(shù)據(jù)總線;

⑹支持外部協(xié)處理器，指令和數(shù)據(jù)總線有簡(jiǎn)單的握手信令支持;

⑺支持標(biāo)準(zhǔn)基本邏輯單元掃描測(cè)試方法學(xué)，而且支持BIST(built-in-self-test);

⑻支持嵌入式跟蹤宏單元，支持實(shí)時(shí)跟蹤指令和數(shù)據(jù)。

ARM920T運(yùn)行模式

ARM920T支持7種運(yùn)行模式，分別為：

(1)用戶模式(usr)，

ARM處理器正常的程序執(zhí)行狀態(tài);

(2)快速中斷模式 (fiq)，

用于高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理;

(3)外部中斷模式(irq)，

用于通用的中斷處理;

(4)管理模式(svc)，

操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模式;

(5)數(shù)據(jù)訪問(wèn)終止模式(abt)，

當(dāng)數(shù)據(jù)或指令預(yù)取終止時(shí)進(jìn)入該模式，可用于虛擬存儲(chǔ)及存儲(chǔ)保護(hù);

(6)系統(tǒng)模式(sys)，

運(yùn)行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù);

(7)未定義指令中止模式(und)

當(dāng)未定義的指令執(zhí)行時(shí)進(jìn)入該模式，可用于支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真。

ARM微處理器的運(yùn)行模式可以通過(guò)軟件改變，也可以通過(guò)外部中斷或異常處理改變。大多數(shù)的應(yīng)用程序運(yùn)行在用戶模式下，當(dāng)處理器運(yùn)行在用戶模式下時(shí)，某些被保護(hù)的系統(tǒng)資源是不能被訪問(wèn)的。除用戶模式以外，其余的6種模式稱為特權(quán)模式;其中除去用戶模式和系統(tǒng)模式以外的5種又稱為異常模式，常用于處理中斷或異常，以及訪問(wèn)受保護(hù)的系統(tǒng)資源等情況。

處理能力

新一代的ARM9處理器，通過(guò)全新的設(shè)計(jì)，采用了更多的晶體管，能夠達(dá)到兩倍以上于ARM7處理器的處理能力。這種處理能力的提高是通過(guò)增加時(shí)鐘頻率和減少指令執(zhí)行周期實(shí)現(xiàn)的。

(一) 時(shí)鐘頻率的提高：

ARM7處理器采用3級(jí)流水線，而ARM9采用5級(jí)流水線。增加的流水線設(shè)計(jì)提高了時(shí)鐘頻率和并行處理能力。5級(jí)流水線能夠?qū)⒚恳粋€(gè)指令處理分配到5個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，在每一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)有5個(gè)指令在執(zhí)行。在同樣的加工工藝下，ARM9TDMI處理器的時(shí)鐘頻率是ARM7TDMI的1.8～2.2倍。

(二) 指令周期的改進(jìn)：

指令周期的改進(jìn)對(duì)于處理器性能的提高有很大的幫助。性能提高的幅度依賴于代碼執(zhí)行時(shí)指令的重疊，這實(shí)際上是程序本身的問(wèn)題。對(duì)于采用最高級(jí)的語(yǔ)言，一般來(lái)說(shuō)，性能的提高在30%左右。

最后，學(xué)習(xí)ARM9，可以按Linux應(yīng)用開(kāi)發(fā)、驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)順序?qū)W習(xí)。如果想學(xué)習(xí)Android系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，可以學(xué)完ARM9再學(xué)習(xí)ARM11開(kāi)發(fā)板下的安卓系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。因?yàn)榘沧肯到y(tǒng)就是Linux內(nèi)核+libc庫(kù)用Java封裝而成。

ARM9是比較成熟的系列，現(xiàn)在很多成熟的產(chǎn)品都是用arm9開(kāi)發(fā)的。這個(gè)學(xué)好了，以后的系列自學(xué)都會(huì)容易一些，因?yàn)锳RM系列架構(gòu)都是一樣的。所謂“師傅領(lǐng)進(jìn)門(mén)，修行在自身”，學(xué)會(huì)用一種處理器，掌握學(xué)習(xí)方法，其他的也一樣。