Семейство ARM9 Thumb

ASIC (Applications Specific Integrated Circuit) стали первыми приборами, которые в определенной степени учитывали особые требования, предъявляемые заказчиками, и которые не могли быть достаточно просто и экономично реализованы на стандартных приборах (универсальных - общего назначения). Наиболее активно ASIC стали развиваться с введением технологии программных ядер и программных библиотек периферийных компонентов, которые, по мере их развития, позволили создавать на одном кристалле достаточное большое количество функций, чтобы можно было называть такие кристаллы "системами-на-кристалле". И если до появления ASIC функции, реализуемые электронной аппаратурой, определялись, в основном, предлагаемыми полупроводниковыми отраслями стандартными приборами, то сегодня набор функций, возможности приборов, изготавливаемых в полупроводниковых отраслях определяют в первую очередь потребности пользователей - рыночный спрос. Образно говоря, раньше собака (полупроводниковые отрасли) виляли хвостом (потребителем), то сегодня хвост виляет собакой.

Подтверждением этого является колоссальное количество всевозможных устройств, производимых в громадных объемах и реализованных на основе ядер ARM7TDMI фирмы ARM и ядрах других фирм (например сотовые телефоны - дальнейшее перечисление займет слишком много места). Еще одним подтверждением активизации виляния собакой является продолжение работ как фирмой ARM, так и другими фирмами, по созданию ядер со все большей производительностью и с новыми функциональными возможностями.

Для современных критичных к стоимости и потреблению применений необходим очень высокий уровень производительности. Персональные цифровые информационные устройства (PDA) и интеллектуальные телефоны - вычислительные устройства размером с ладонь - уже объединяются со средствами цифровой беспроводной коммуникации, с тем, чтобы обеспечить обращение к новым услугам Internet, к этому теперь добавляется Java и распознавание речи! Цифровые приставки обеспечивают получение MPEG видео и Surround Sound звучания по цене, доступной для потребителя со средним достатком. Ширина полосы частот сетей растет и функции маршрутизации перемещаются на сетевые интерфейсные карты персональных компьютеров. Кабельные, xDSL и 56-кбодовые модемы реализуют все более сложные алгоритмы перемещения данных. В ближайшей перспективе просматривается сотовая видео конференц-связь.

Приборы семейство ARM9 Thumb, официально выпущенные в октябре 1997 года, располагают производительностью, необходимой практически для всех этих применений, причем при очень малом потреблении, что чрезвычайно важно для устройств с батарейным питанием. Отметим, что снижение потребления актуально не только для карманных устройств - высокое потребление ограничивает уровень интеграции кристалла, что приводит к необходимости реализовывать необходимые функции в нескольких кристаллах, ведет к нежелательным шумам вентиляторов охлаждения, ведет к дорогостоящему корпусированию или к использованию более дорогих компонентов питания.

Семейство 32-разрядных ARM RISC процессоров ARM9TDMI, сохранившее основные преимущества ARM7TDMI, ставших промышленным стандартом, обеспечивает двукратное увеличение производительности, при изготовлении по эквивалентной технологии.

Производительность ARM9TDMI составляет 133 MIPS при 120 МГц и технологии CMOS с топологическими нормами 0, 35 мкм. При топологии 0, 25 мкм и 0, 18 мкм рабочая частота составит свыше 200 МГц и производительность свыше 220 MIPS.

Эти новые уровни производительности открывают возможность создания массы новых применений, с расширенными возможностями, позволяют, за счет реализации множества функций на одном высокопроизводительном CPU, снижать стоимость систем.

В семейство ARM9TDMI, в настоящее время, входит процессорное ядро ARM9TDMI, и оснащенные кэш процессорные макроядра ARM940T и ARM920T.

Общие для, всех процессоров семейства ARM9TDMI возможности:

Высокопроизводительный 32-разрядный ARM RISC механизм

Гарвардская архитектура с раздельными шинами команд и данных

Пятиуровневый конвейер

Модуль, выполняющий операцию перемножения/аккумулирования 16x32 за один цикл

Гибкая синхронизация CPU и шины, включая асинхронную, синхронную и однотактовую конфигурации

Thumb 16-разрядная система команд, обеспечивающая лучшую в отрасли, плотность кода

Встроенные возможности EmbeddedICE JTAG отладки программного обеспечения

Возможность адаптации к перспективным CMOS технологиям с меньшими топологическими нормами

Совместимость с низковольтными CMOS технологиями

100% совместимость двоичных кодов пользователя с ARM7TDMI

Возможность интеграции класса "система-на-кристалле" со встроенным тестированием в процессе производства

Рис. 1. Блок-схема процессорного ядра ARM9TDMI

Следствием интеллектуализации современных применений является рост объемов программного обеспечения. С ростом объема кодов и данных память занимает все большую долю стоимости системы.

За счет использования сжатой системы команд Thumb приборы семейства ARM9 Thumb обеспечивает ту же самую наилучшую в отрасли плотность кода как и приборы семейства ARM7 Thumb и, следовательно, обеспечивают снижение стоимости системы в целом. Кроме обеспечения меньшего объема памяти увеличение плотности кодов, при сохранении той же самой производительности, для выборки команд используется более узка