第2章 ARC EM處理器介紹

本章首先詳細介紹ARC EM處理器的特點及優(yōu)勢。其次，進一步深入處理器內(nèi)核內(nèi)部，介紹ARC EM處理器的接口信號、微架構(gòu)和流水線、存儲系統(tǒng)，以及存儲保護機制和調(diào)試技術(shù)等結(jié)構(gòu)方面的知識。

2.1 ARC EM處理器特點

ARC EM是一個32位處理器內(nèi)核，采用三級流水線結(jié)構(gòu)，使功耗效率（DMIPS/mW）及面積效率（DMIPS/mm2）都達到最佳化。這一系列處理器是ARC中功耗最低的，同時其可配置性能夠針對性能和功耗進行優(yōu)化，定制指令能夠整合專有硬件以及廣泛的生態(tài)系統(tǒng)支持。

ARC EM微處理器有以下主要特點：

支持ARCv2指令集，能混合執(zhí)行16/32位指令，能最優(yōu)化程序代碼密度。

支持用戶模式和內(nèi)核模式。

支持最多64個寄存器，有效提升執(zhí)行速度和優(yōu)化程序大小。

存儲器尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高。

支持最多240個外部中斷和16個優(yōu)先級，支持快速中斷和寄存器文件組自動切換。

支持指令和數(shù)據(jù)高速緩存。

支持指令和數(shù)據(jù)緊密耦合存儲器（CCM）。

豐富的可配置性。

強大的用戶擴展性。

高效的低功耗機制，①結(jié)構(gòu)級的門控時鐘：在正常運行時，EM處理器會自動關(guān)閉沒有使用的模塊時鐘；②多種低功耗模式：SLEEP指令可使處理器進入不同等級的低功耗模式，包括多種關(guān)閉時鐘和關(guān)閉電源的模式；③支持動態(tài)的電壓頻率調(diào)整。

如圖2-1所示為ARC EM系列處理器與同類型某系列處理器的功能對比。

從圖2-1可以看出，ARC EM在同樣的三級流水線內(nèi)核下，其處理性能能夠達到1.77DMIPS/MHz。ARC EM能夠通過靈活的可配置性，覆蓋某處理器整個系列的功能，并提供了某處理器系列中不具備的快速的上下文切換、I/D高速緩存和緊密耦合的寄存器組件。這種豐富、靈活的架構(gòu)使得ARC EM系列處理器能夠針對不同的應(yīng)用需求有不同的功能表現(xiàn)。ARC EM處理器在與競爭對手的性能、功耗和面積（Performance，Power&Area）比較中也處于領(lǐng)先地位。

從圖2-2中可以看出，ARC EM的同等配置的EM4內(nèi)核在面積和功耗上和處理器C近似。由于EM更加合理的流水線設(shè)計，使得其最高頻率更高，此外指令集和體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢使得EM的最高性能遠遠高于處理器C以及其他競爭產(chǎn)品。EM5D包含豐富的DSP指令，適合物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的傳感器算法和音頻算法應(yīng)用。

下面針對ARC EM處理器獨特的可配置性和用戶擴展性做簡單介紹，在第10章及第11章將詳細介紹。