Co nieco o mikroprocesorach ARM

Moja przygoda z mikroprocesorami rozpoczęła się kilkanaście lat temu. Wówczas popularne były intelowskie mikrokontrolery z rodzinę MSC-51 (8031, 8051 itd.). Pamiętam, iż zachwycałem się ich możliwościami. W tym samym czasie firma Acorn Computers Ltd. (Wielka Brytania) rozpoczęła projekt nad nową architekturą procesorów RISC (Reduced Instruction Set Computers).

Pierwotna nazwa tej architektury to Acorn RISC Machine (ARM). Późnej, ze względu na duże zainteresowanie ze strony firmy Apple Computer, Acorn wydzielił grupę projektową tworząc w 1990 roku firmę Advanced RISC Machines (ARM Ltd.). Wynikiem jej pracy był procesor ARM6, który Apple wykorzystał do produkcji palmtopa o nazwie Apple Newton.

A teraz coś o architekturze ARM

ARM jest 32-bitową architekturą procesorów RISC. Zestaw instrukcji procesora ARM to zmodyfikowany zestaw instrukcji MOS 6502. Zmiany dotyczą szybkości przetwarzania poleceń. Nowe rozkazy wykonują się zwykle w jednym cyklu procesora.

Inna ciekawa modyfikacja to fakt, iż każda instrukcja może być wykonana warunkowo. Co to oznacza? Najlepiej pokaże to przykład.

Kod w języku C:

  while (i!=j)

    if (i>j)

      i -= j;

    else

      j -= i;

W asemblerze procesora ARM wyglądał by tak:

powrot CMP   Ri, Rj     ; porównanie i i j

                        ; flag NE (not equal) (i!=j)

                        ; flag GT (great) (i>j)

                        ; flag LT (little) (i<j)

       SUBGT Ri, Ri, Rj ; jeżeli GT, to i -= j;

       SUBLT Rj, Rj, Ri ; jeżeli LT, to j -= i;

       BNE   powrot

Jak widać brakuje instrukcji dla rozgałęzień IF i ELSE.

Taka konstrukcja poleceń powoduje zmniejszenie ilości instrukcji w programie, innymi słowy to mniej rozkazów do wykonania, przez co procesor osiąga większą moc przerobową. Dzięki temu mikroprocesory ARM taktowane z niskiej częstotliwości, mają tą samą wydajność, co ich bardziej złożone odpowiedniki.

Zastosowanie

Mikroprocesor ARM zawdzięcza swoją popularność mocy obliczeniowej, znacznej oszczędności energii, wielu gotowym rozwiązaniom i niskiej cenie.

Firmy NXP (dawnej PHILIPS), Atmel, Motorola, Freescale nawet Intel wykupiły licencje na zaprojektowane architektury i produkują mikroprocesory ARM z przeróżnymi peryferiami, pojemnościami pamięci podręcznej i programowej. W zależności od potrzeb, wynikających z zastosowania procesora, wybieramy odpowiednią jego markę i model, wykonujemy hardware, piszemy program sterujący i urządzenie gotowe. W ten sposób procesor ARM można zobaczyć w dyskach twardych, urządzeniach medycznych, telefonach komórkowych, PDA, iPod-ach, kalkulatorach, routerach itd. Jest też wykorzystywany przez małe firmy wykonujące różne urządzenia sterujące takie jak sterowniki rotorów i sterowniki procesów produkcyjnych. Dużą popularnością cieszy się również wśród amatorów.