(论文 页数:3 字数:3478)摘 要:在计算机技术的发展过程中,从复杂指令集计算机(CISC)发展到精简指令集计算机(RISC)体系结构无疑是一个里程碑。RISC体系结构推动了嵌入式的发展与完善。本文以嵌入式32位RISC结构体系中最有代表性的ARM为例,从精简指令集的概念、指令集的简洁高效性、寻址空间、运算和数据处理能力和对作系统的支持等方面,详细论述了32位RISC体系结构的性能优势。
关键词:嵌入式系统,32位计算机,RISC,ARM
目录
1 引 言
2. RISC
3. RISC体系结构的优势
4. 简洁高效的指令集
5. ARM 体系结构的性能优势
6. 小结
1． 引 言
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。其应用领域十分广泛,从军事、工业到民用,从航空航天器到个人电子产品。而且,新的应用领域不断出现,每天都有新的嵌入式产品问世。目前,设计者已经越来越多地开始在嵌入式微控制领域内采用32位体系结构,并且这种趋势越来越明显。其推动力主要在于对系统性能要求的提高和嵌入式功能的发展,还来自于8位微控制器在其发展过程中自身面临的许多局限和挑战,以及32位RISC (精简指令集计算机)结构体系相对应的优势。目前比较有影响的32位嵌入式处理器有ARM公司的ARM、Compaq 公司的Alpha、HP 公司的PA2R ISC、IBM公司的PowerPC、MIPS公司的M IPS和Sun公司的Sparc等。其中ARM体系结构在32位嵌入式RISC领域有着极大的影响力。
2. RISC
RISC是一种CPU (中央处理器) ,它把微处理器能执行的指令数目减少到最低限度,以提高处理速度。RISC体系结构的思想是把指令减少到不能再减少的地步,突出并优化最常使用的指令,以达到尽可能快的执行速度。RISC处理器比同等的CISC (复杂指令集计算机)处理器要快50% ～75% ,且RISC处理器容易设计和纠错。ARM (Advanced RISC Machines)公司是全球领先的16/32位嵌入式系统微处理器知识产权设计供应商,它通过转让高性能、低成本、低功耗的RISC微处理器、外围和系统芯片设计技术给合作伙伴,使他们能用这些技术来生产各具特色的芯片,ARM还为开发完整系统提供综合技术支持。ARM的微处理器核技术广泛用于便携式通信产品、手持运算、多媒体和嵌入式解决方案等领域,并已成为标准。
3. RISC体系结构的优势
RISC的概念对ARM处理器的设计有着重大影响,ARM是最成功也是第一个商业化的RISC实例,因此公认RISC就是ARM的别名,而且ARM是当前使用最广泛、最成功的RISC的处理器。虽然采用CISC有着较强的处理高级语言的能力,对提高计算机的性能有益。但随着时间的推移,趋庞杂的指令系统越来越不易实现,还可能降低系统性能。而且由于复杂的指令系统所带来结构的复杂性,不但增加了设计的时间与成本,还容易造成设计失误。正是在这种情况下,诞生了RISC。与CISC相比较, RISC有三大优势:
基于RISC体系结构设计的处理器管芯面积小。处理器的简单使得需要的晶体管减少和实现的硅片面积减小,节省了更大面积可集成更多的功能部件,并且也使以RISC CPU为核心的SoC (片上系统)上实现一个应用系统的基本功能成为可能；
开发时间短,开发成本低。处理器组织、结构的简单会使设计人员减少、设计费用降低；
容易实现高性能。RISC体系结构的简单性、有效性很容易设计出低成本、高性能的处理器。
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