arm9 一文看懂ARM7与ARM9的区别

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有同学反映，视频一上来我们就聊干货，希望能适当普及一下相关概念。

ARM处理器的分析

ARM9和ARM11都是哈佛5级流水线结构，所以性能更高。ARM9和ARM11大部分都有内存管理器，最好运行操作系统。ARM7适合裸奔。我们通常的ARM9系列有ARM9和ARM9E两个系列，其中ARM9属于ARM v4T架构，典型的处理器如ARM9TDMI和ARM922T

而ARM9E属于ARM v5TE架构，有ARM926EJ、ARM946E等典型处理器。因为后者的芯片和应用范围比较广，所以我们提到ARM9的时候，特别指的是ARM9E系列处理器(主要是ARM926EJ和ARM946E处理器)。

下面关于ARM9的介绍，也更多的关注了ARM9E。

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ARM7处理器与ARM9E处理器的流水线差异

对于嵌入式系统设计师来说，硬件通常是第一考虑的。对于处理器来说，流水线是硬件差异最明显的标志。不同的流水线设计会产生一系列的硬件差异。

我们来对比一下ARM7和ARM9E的流水线。ARM9E从ARM7的3个阶段增加到5个阶段。ARM9E的流水线容纳了更多的逻辑运算，但是每一级的逻辑运算变得更加简单。

比如ARM7原有的三级流水线需要内部读取寄存器，然后进行相关的逻辑和算术运算，再写回处理结果，完成的动作非常复杂；

在ARM9E的5级流水线中，寄存器读取、逻辑运算和结果回写分散在不同的流水线中，使得每一级流水线处理的动作非常简洁。这使得处理器的主频大大提高。因为每一级流水线对应一个CPU的时钟周期，如果第一级流水线中的逻辑过于复杂，执行时间会保持较高，必然导致所需的时钟周期变长，CPU主频无法提高。所以流水线的加长有利于CPU频率的提高。

在常见的芯片生产工艺下，ARM7一般运行在100MHz左右，而ARM9E至少运行在200MHz以上。

三

ARM9E处理器的内存子系统

ARM926EJ和ARM946E这两种最常见的ARM9E处理器，都有一套内存子系统来提高系统性能，支持大型操作系统。如图2所示，存储器子系统包括MMU(存储器管理单元)或MPU(存储器保护单元)、高速缓存和写缓冲器；CPU通过这个子系统与系统内存系统相连。

可以看出，对于所有Store指令，ARM9比ARM7节省了一个周期，对于Load指令节省了2个周期(在没有互锁的情况下，编译器可以通过编译优化消除大部分互锁的可能性)。

考虑到各种因素，ARM9E处理器的性能非常强大。然而，在实际的系统设计中，设计者并不总是最大化处理器的性能。理想情况下，降低处理器和系统的工作频率，使性能刚好能满足应用要求；达到节省功耗和成本的目的。

在评估系统所能提供的处理器能力的过程中，DMIPS指标被很多人采用。同时，它也广泛应用于不同处理器之间的性能比较。

然而，使用DMIPS来衡量处理器性能有很大的缺陷。DMIPS并不是字面上的每秒百万条指令的意思，而是在运行一个叫做Dhrystone的测试程序时，用来衡量CPU相对性能的单位(很多场合人们习惯用MIPS作为这个性能指标的单位)。因为基于程序的测试很容易受到恶意优化的干扰，而且DMIPS索引值的发布不受任何组织的监管，所以在使用DMIPS进行评估时要小心。

例如，Dhrystone测试程序可以以不同的方式编译，并在同一处理器上运行，以获得非常不同的结果。

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