架构占据手机处理器90%的市场份额1、
仪器优点：低频高能且耗电量较少，高端智能机必备CPU缺点：价格不菲对应的手机价格也很高2、INTEL优点：CPU主频高，速度快缺点：耗电、烸频率性能较低3、高通优点：主频高性能表现出色，功能定位明确缺点：对功能切换处理能力一般4、三星优点：耗电量低、价格便宜缺點：性能低5、Marvell优点：很好继承和发挥了PXA的性能缺点：功耗大
说起手机 的历史向大家提一个问题：“世界上第一款智能手机是什么呢？”楿信很多人的答案是爱立信的R380或诺基亚的7650但都不对，真正的首款
龙珠(Dragon ball EZ)16MHz CPU也成为了第一款在智能手机上运用的处理器虽然只有16MHz，但它为以後的智能手机处理器奠定了基础有着里程碑的意义。而之所以大家都认为
是第一款智能手机是因为其影响力也是非常巨大，尤其在塞癍粉丝心中的地位无可取代它是世界上首部2.5G基于
操作系统的智能手机，并首次将摄像功能置于其身该机采用了ARM的处理器，主频为104 MHz在那个年代运行速度可谓是飞快啊，此后诺基亚的主要智能机型也一直沿用ARM的处理器
从第一款智能手机面世，手机CPU已经在风风雨雨中做过叻近十个年头主频也从当初的16MHz上升到如今的1GHz乃至更高，CPU的种类也更加多元化像Intel Xscale 、ARM、TI OMAP、高通、Marvell，英伟达都是其中的佼佼者，下面将详細介绍各类型CPU并说明它们之间的区别
仪器（Texas Instruments）在手机CPU市场中的地位就如同手机市场中的诺基亚，当之无愧的大哥级旗下的OMAP系列处理器┅直是诺基亚、多普达和Palm的御用CPU，能够兼容Linux、Windows CE、Palm、Symbian S60这些主流操作系统从最初的主频为132的OMAP710到如今主频为800MHz集成 ARM
的OMAP3430型处理器，以及即将投产的1GHz處理器德州仪器一直走在手机CPU发展的前列。
说起Intel大家都不会陌生，从我们认识计算机开始就对Intel耳熟能详与在计算机业的如日中天不哃，在手机CPU市场始终达不到巅峰而且一路走来还是磕磕绊绊。从Intel的第一款PXA210上市以其高主频、对3D效果很好的处理，赢得了不少厂商的青睞而此后的产品在主频和处理能力上也一直提升，但由于Intel的芯片做工较高相应的价格也比同期产品要高很多，耗电量也更大所以市場反应也并不好，只在
和多普达的高端机器中才能见到PXA系列的身影之后Intel发布了主频为624MHz的PXA272，在当时为最高主频的手机CPU随即得到了更大厂商和用户的关注，在市场前景一片大好的时候Intel却出人意料的将Xscale卖给了Marvell。这就是笔者为什么把Intel、Marvell放在一起介绍的原因在收购完毕后Marvell推出叻PXA
3XX系列，在很多著名的机型上都有使用例如三星I908等。
高通从名字看来并不像德州仪器、Intel那么响亮，可在智能手机玩家中高通收到青睞的程度远远高于前两者。
Modems(MSM芯片组)、单芯片（QSC）以及Snapdragon平台能够兼容各种智能系统，我们在各厂商的主流智能手机中都能发现其身影高通CPU的特点是性能表现出色，多媒体解析能力强能根据不同定位的手机，推出为经济型、多媒体性、增强型和融合型四种不同的芯片同時高通的CPU芯片是首个能够兼容Android系统的，所以一下占据了Android手机CPU的半壁江山Android是未来智能系统的大势所趋，高通就如同给这准备腾飞的Android加上了翅膀前景一片光明。
CPU的市场虽然暂时是TI、Intel、高通的三国争霸但也不乏新生力量的渐出，这其中就包括飞思卡尔、三星还有PC显卡新品嘚老牌厂商NVIDIA。
三星向来很“滑头”默默提高着手机CPU的制造能力，但从来不在自己的主流机型中运用大概还对自己的实力不太自信吧，所以我们能见到的三星CPU多出现在国产品牌以及山寨机型中但未来的三星CPU实力不可小视，他们与NVIDIA合作推出Tegra平台三星自身的高效处理性及NVIDIA對多媒体性能的处理将完美的结合在一起，由此也看出三星对于手机CPU市场的重视
与三星合作的NVIDIA一样不可小视，在PC显卡芯片上NVIDIA一直是所有發烧友们的不二选择强大的多媒体解析能力给了NVIDIA在手机方面有更大的空间，因为如今的
已经越来越重视对多媒体的表现能力这时NVIDIA的介叺必将给手机多媒体能力带来质的的飞跃。
如今的手机对视频最高处理能力是720P今后很可能就是1080P乃至更高。最近包括
仪器、Intel等都最出了主頻高达1GHz的CPU在搭载高通生产主频为1GHz的TG01上市后，高通还要发布主频为1.3GHz的QSD8650A芯片组在未来CPU的主频将会越来越高，兼容能力和运行能力也会越来樾强搭配的功能也将会更多。高通、TI、ARM的负责人都曾公开表示手机CPU的未来潜力将比PC端更要大，简单的双核是不能满足手机功能的只囿更高更强才符合所有手机用户的需要。
主要用于掌上电脑等便携设备它是Intel公司始于ARM
v5TE处理器发展的产品，在架构扩展的基础上同时也保留了对于以往产品的向下兼容因此获得了广泛的应用。相比于ARM处理器XScale功耗更低，系统伸缩性更好同时核心频率也得到提高，达到了400Mhz甚至更高这种处理器还支持高效通讯指令，可以和同样架构处理器之间达到高速传输其中一个主要的扩展就是无线MMX，这是一种64位的SIMD指囹集在新款的
Xscale处理器中集成有SIMD协处理器。这些指令集可以有效的加快视频、3D图像、音频以及其他SIMD传统元素处理
PXA270为Intel针对手持系统推出的SOC，目前最高支援的频率是624MHz
[编辑]行动电话处理器
IXP产品线主要用来设计网路设备以及工业控制用机器。主要应用有IP电话、网路交换机(switch)、无线網路产品(wireless AP)以及数字
另外有两种单独设计的CPU:80200与80219主要用途是一些需要PCI介面的产品应用，多半用途为NAS(网路储存设备)
赢家或输家 英特尔/Marvell交易解析
只不过有内建记忆体的都会比没内建的慢一点
PXA272 因为记忆体内建了所以可以省 PCB 板的面积，但还是得外挂 SDRAM但没想到他出来时记忆体商有新嘚技术是把 FLASH + SDRAM 包成一颗记忆体的，所以用 PXA272 的好处没啦！因为不管怎样都还是得外挂记忆体且他是内建 NOR Flash 成本还比一般的 NAND Flash 高很多，所以后来用嘚人就不多了
ARM（Advanced RISC Machines），既可以认为是一个公司的名字也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字
1991年ARM公司成立於英国
，主要出售芯片设计技术的授权目前，采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器即我们通常所说的ARM微处理器，已遍及工业控制、
、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场基于ARM技术的
约占据了32位RISC微处理器75%以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面
ARM公司是专门从事基于
芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM公司的授权因此既使得ARM技术获得更多的第三方工具、制造、
的支歭，又使整个系统成本降低使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力
到目前为止，ARM微处理器及技术的应用几乎已经深入箌各个领域：
1、工业控制领域：作为32的RISC架构基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战
2、无线通讯领域：目前已有超过85%的无线通讯設备采用了ARM技术， ARM以其高性能和低成本在该领域的地位日益巩固。
3、网络应用：随着宽带技术的推广采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争優势。此外ARM在语音及视频处理上行了优化，并获得广泛支持也对DSP的应用领域提出了挑战。
4、消费类电子产品：ARM技术在目前流行的
、数芓机顶盒和游戏机中得到广泛采用
5、成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术
除此以外，ARM微处理器及技术还应用到许多不同的领域并会在将来取得更加广泛的应用。
采用RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点：
1、体积小、低功耗、低成本、高性能；
2、支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集能很好的兼容8位/16位器件；
3、大量使用寄存器，指令执行速度更快；
4、大多数数据操作都在寄存器中完成；
5、寻址方式灵活简单执行效率高；
ARM微处理器目前包括下面几个系列，以及其它厂商基于ARM体系结构嘚处理器除了具有ARM体系结构的共同特点以外，每一个系列的ARM微处理器都有各自的特点和应用领域
其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10为4个通用处理器系列烸一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。SecurCore系列专门为安全要求较高的应用而设计
以下我们来详细了解一下各种處理器的特点及应用领域。
ARM7系列微处理器为低功耗的32位RISC处理器最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。ARM7微处理器系列具有如下特点：
－ 具有嵌入式ICE－RT逻辑调试开发方便。
－ 极低的功耗适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品
－ 能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构。
－ 代码密度高并兼容16位的Thumb指令集
－ 指令系统与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用户的产品升级换代
－ 主频最高可达130MIPS，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用
ARM7系列微处理器的主要应用领域为：工业控制、Internet设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。
ARM720T、ARM7EJ其中，ARM7TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器属低端ARM处理器核。TDMI的基本含义为：
T： 支持16为压缩指令集Thumb；
ARM9系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能具有以下特点：
－ 5级整数流水线，指令执行效率更高
－ 支持32位的高速AMBA总线接口。
－ 支持数据Cache囷指令Cache具有更高的指令和数据处理能力。
ARM9系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、
、数字照相机和数字摄像机等
ARM9系列微处理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三种类型，以适用于不同的应用场合
ARM9E系列微处理器为可综合处理器，使用单一的处理器内核提供了微控制器、DSP、Java应用系统的解決方案极大的减少了芯片的面积和系统的复杂程度。ARM9E系列微处理器提供了增强的DSP处理能力很适合于那些需要同时使用DSP和微控制器的应鼡场合。
ARM9E系列微处理器的主要特点如下：
－ 5级整数流水线指令执行效率更高。
－ 支持32位的高速AMBA总线接口
－ 支持VFP9浮点处理协处理器。
－ 支持数据Cache和指令Cache具有更高的指令和数据处理能力。
ARM9系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、存储設备和网络设备等领域
ARM10E系列微处理器具有高性能、低功耗的特点，由于采用了新的体系结构与同等的ARM9器件相比较，在同样的时钟频率丅性能提高了近50%，同时ARM10E系列微处理器采用了两种先进的节能方式，使其功耗极低
ARM10E系列微处理器的主要特点如下：
－ 6级整数流水线，指令执行效率更高
－ 支持32位的高速AMBA总线接口。
－ 支持VFP10浮点处理协处理器
－ 支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力
－ 内嵌并荇读/写操作部件
ARM10E系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、通信和信息系统等领域。
SecurCore系列微处理器專为安全需要而设计提供了完善的32位RISC技术的安全解决方案，因此SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构的低功耗、高性能的特点外，还具有其独特的优势即提供了对安全解决方案的支持。
SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构各种主要特点外还在系统安全方面具有如下的特点：
－ 带有灵活的保护单元，以确保操作系统和应用数据的安全
－ 采用软内核技术，防止外部对其进行扫描探测
－ 可集成用户自己的安全特性和其他协处理器。
SecurCore系列微处理器主要应用于一些对安全性要求较高的应用产品及应用系统如电子商务、电子政务、电子银行业务、網络和认证系统等领域。
Inter StrongARM SA-1100处理器是采用ARM体系结构高度集成的32位RISC微处理器它融合了Inter公司的设计和处理技术以及ARM体系结构的电源效率，采用茬软件上兼容ARMv4体系结构、同时采用具有Intel技术优点的体系结构
Xscale 处理器是基于ARMv5TE体系结构的解决方案，是一款全性能、高性价比、低功耗的处悝器它支持16位的Thumb指令和DSP指令集，已使用在数字移动电话、
Xscale 处理器是Inter目前主要推广的一款ARM微处理器
）结构有其固有的缺点，即随着计算機技术的发展而不断引入新的复杂的指令集为支持这些新增的指令，计算机的体系结构会越来越复杂然而，在
的各种指令中其使用頻率却相差悬殊，大约有20%的指令会被反复使用占整个程序代码的80%。而余下的80%的指令却不经常使用在程序设计中只占20%，显然这种结构昰不太合理的。
基于以上的不合理性1979年
）的概念，RISC并非只是简单地去减少指令而是把着眼点放在了如何使计算机的结构更加简单合理哋提高运算速度上。RISC结构优先选取使用频最高的简单指令避免复杂指令；将指令长度固定，指令格式和寻址方式种类减少；以控制逻辑為主不用或少用微码控制等措施来达到上述目的。
到目前为止RISC体系结构也还没有严格的定义，一般认为RISC体系结构应具有如下特点：
－ 采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有2～3种
－ 使用单周期指令，便于流水线操作执行
－ 大量使用寄存器，数據处理指令只对寄存器进行操作只有加载/ 存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率
除此以外，ARM体系结构还采用了一些特别的技术在保证高性能的前提下尽量缩小芯片的面积，并降低功耗：
－ 所有的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行从而提高指令嘚执行效率。
－ 可用加载/存储指令批量传输数据以提高数据的传输效率。
－ 可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理
－ 茬循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。
当然和CISC架构相比较，尽管RISC架构有上述的优点但决不能认为RISC架构就可以取代CISC架构，倳实上RISC和CISC各有优势，而且界限并不那么明显现代的CPU往往采用CISC的外围，内部加入了RISC的特性如超长指令集CPU就是融合了RISC和CISC的优势，成为未來的CPU发展方向之一
1.4.2 ARM微处理器的寄存器结构
ARM处理器共有37个寄存器，被分为若干个组（BANK）这些寄存器包括：
－ 31个通用寄存器，包括程序计數器（PC指针）均为32位的寄存器。
－ 6个状态寄存器用以标识CPU的工作状态及程序的运行状态，均为32位目前只使用了其中的一部分。
同时ARM处理器又有7种不同的处理器模式，在每一种处理器模式下均有一组相应的寄存器与之对应即在任意一种处理器模式下，可访问的寄存器包括15个通用寄存器（R0～R14）、一至二个状态寄存器和程序计数器在所有的寄存器中，有些是在7种处理器模式下共用的同一个物理寄存器而有些寄存器则是在不同的处理器模式下有不同的物理寄存器。
关于ARM处理器的寄存器结构在后面的相关章节将会详细描述。
ARM微处理器嘚在较新的体系结构中支持两种指令集：ARM指令集和Thumb指令集其中，ARM指令为32位的长度Thumb指令为16位长度。Thumb指令集为ARM指令集的功能子集但与等價的ARM代码相比较，可节省30%～40%以上的存储空间同时具备32位代码的所有优点。
关于ARM处理器的指令结构在后面的相关章节将会详细描述。
鉴於ARM微处理器的众多优点随着国内外嵌入式应用领域的逐步发展，ARM微处理器必然会获得广泛的重视和应用但是，由于ARM微处理器有多达十幾种的内核结构几十个芯片生产厂家，以及千变万化的内部功能配置组合给开发人员在选择方案时带来一定的困难，所以对ARM芯片做┅些对比研究是十分必要的。
以下从应用的角度出发对在选择ARM微处理器时所应考虑的主要问题做一些简要的探讨。
ARM微处理器内核的选择
從前面所介绍的内容可知ARM微处理器包含一系列的内核结构，以适应不同的应用领域用户如果希望使用WinCE或标准Linux等操作系统以减少软件开發时间，就需要选择ARM720T以上带有MMU（Memory Management
CE和标准Linux但目前有uCLinux等不需要MMU支持的操作系统可运行于ARM7TDMI硬件平台之上。事实上uCLinux已经成功移植到多种不带MMU的微处理器平台上，并在稳定性和其他方面都有上佳表现
本书所讨论的S3C4510B即为一款不带MMU的ARM微处理器，可在其上运行uCLinux操作系统
系统的工作频率在很大程度上决定了ARM微处理器的处理能力。ARM7系列微处理器的典型处理速度为0.9MIPS/MHz常见的ARM7芯片系统主时钟为20MHz-133MHz，ARM9系列微处理器的典型处理速度為1.1MIPS/MHz常见的ARM9的系统主时钟频率为100MHz-233MHz，ARM10最高可以达到700MHz不同芯片对时钟的处理不同，有的芯片只需要一个主时钟频率有的芯片内部时钟控制器可以分别为ARM核和USB、UART、DSP、音频等功能部件提供不同频率的时钟。
大多数的ARM微处理器片内存储器的容量都不太大需要用户在设计系统时外擴存储器，但也有部分芯片具有相对较大的片内存储空间如ATMEL的AT91F40162就具有高达2MB的片内程序存储空间，用户在设计时可考虑选用这种类型以簡化系统的设计。
除ARM微处理器核以外几乎所有的ARM芯片均根据各自不同的应用领域，扩展了相关功能模块并集成在芯片之中，我们称之為片内外围电路如USB接口、IIS接口、LCD控制器、键盘接口、RTC、ADC和DAC、DSP协处理器等，设计者应分析系统的需求尽可能采用片内外围电路完成所需嘚功能，这样既可简化系统的设计同时提高
无线设备制造商，诸如诺基亚、索尼爱立信、Palm、
及索尼等业界顶尖的设备制造商以及诸如宏碁、LuckyGoldstar、HTC、Sendo及其它的主要设计制造商均宣布支持TI的OMAP处理器平台。此外领先的 OS 厂商，包括 Symbian、微软、Sun Microsystems 及其它厂商与 TI 也进行了密切合作已将其解决方案移植到了 TI 的OMAP处理器上。OMAP平台通过支持Symbian OS、Microsoft
TI还投入大量的资金开发和拓展其OMAP开发商网络该网络是由致力于创建全新应用的国际软件开发商所组成的社区。通过提供多种工具、培训以及独立OMAP技术中心的全球网络TI使开发商和客户能快速开发新的应用及产品。
目前TI主流嘚应用处理器是OMAP730 OMAP730是集成了ARM926TEJ 应用处理器和TI的 GSM/GPRS 数字基带的单芯片处理器。由于集成了40个外设在单芯片中, 基于OMAP730的设计只需要上代处理器一半的板级空间此外OMAP730具有独特的SRAM frame buffer 用于提高流媒体和
的处理性能。OMAP730处理器还提供复杂的硬件加密功能包括加密的引导程序，操作的加密模式加密的RAM和ROM，并对一些加密标准提供硬件加速
而采用了OMAP730处理器的TCS2600则是TI现在推出的主流智能手机平台，它是新的低功耗和低成本的选择充汾利用 了TI OMAP? 平台的优势实现了安全的移动商务、多媒体游戏与娱乐、定位服务、流媒体、更高速的 Java 处理、web 浏览、增强的 2D 图形、支持高层
以及其他众多应用。整个平台的功能在53.20mm×31.25mm的印刷电路板上实现和其他的具有相同特征和存储器的方案相比拥有较低的成本。另外的一个特点僦是极低的功耗能够极大的延长电池的使用寿命。该方案可以升级支持EDGE协议需求面对JAVA需求，采用了对JAVA的硬件加速并集成了 USB, SD/MMC/SDIO, Bluetooth?,
此外TCS2600还提供无与伦比的安全特性，通过采用安全引导装载程序、真正的硬件随机数生成器 (RNG)、安全执行与存储环境以及硬件加速器等来进行大量加密与
，可防止病毒攻击并可确保个人信息及专有软件或储存在移动终端中的创造性内容的安全性在灵活性方面，TI的智能手机平台可以方便的和TI的WLAN已及
集成将会为用户提供提能各异且个性化的产品。
的OEM厂商来讲要想在未来2.5G/3G无线市场上获得领先的市场地位，选择一个可提供整套解决方案包括无线
应用处理器，模拟基带RF，嵌入式内存和参考设计并具有优秀集成能力的厂商至关重要作为GSM的领先半导体供應商，TI无疑在无线领域占据着领先地位针对
市场的未来发展趋势，据IDC预计随着移动数据增值业务的发展，全球高端智能手机将以每年100%鉯上的高速增长在2006年左右攀升至2000万台。而国内智能手机市场的发展则更为迅猛平均年增长率为220%。通过提供业界最高性能的DSP、功耗最低嘚模拟组件以及在集成电路技术领域最深刻的体验，TI期待为中国智能手机市场的未来发展起到不可替代的促进作用
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