Arquitectura Arm
maleja022824 de Octubre de 2012
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Un vistazo a la arquitectura ARM
Mauro Parra Miranda
mauro@ciencias.unam.mx
Junio 25, 2001
1 Resumen
En este documento se revisa la arquitectura del microprocesador ARM (Advanced
Risc Machine) de ARM, Ltd. Primero se comenta algo de la historia
de la arquitectura, despues analizaremos la implementacion de la arquitectura
en dos sabores: StrongARM de Intel y nnARM (nnARM is not an
ARM) del grupo opencores. Para nalizar le daremos un vistazo a aspectos
interesantes de la arquitectura ARM, como el soporte a tecnologias como
Bluetooth y Java. En el apendice 1 menciono los dispositivos que hoy en
da utilizan la arquitectura ARM. En el apendice 2 hay una linea de tiempo
con algunos de los eventos importantes alrededor de la arquitectura ARM.
En el apendice 3 hay una lista de sistemas operativos que dan soporte a la
arquitectura ARM.
2 Historia
La arquitectura ARM (Advanced RISC Machine) fue creado en 1985 por el
Acorn Computer Group, como el primer procesador RISC con gran impacto
comercial en el mundo.
La loso a RISC (Reduced Instruction Set Computer) es que la e ciencia
viene de hacer las cosas menos complicadas. Gracias a su dise~no sencillo, el
ARM tiene relativamente pocos componentes en el chip, por lo que no alcanza
altas temperaturas y tiene bajos requerimientos de energia. Lo anterior
lo ha hecho candidato perfecto para el mercado de aplicaciones incrustradas
(embedded aplications) que van desde un telefono celular hasta una lavadora.
1
En 1987, la arquitectura ARM tuvo su primera aparicion en productos comerciales
con los asistentes digitales personales Newton de Apple.
En 1995, Digital Semiconductor y ARM, Ltd. crean el StrongARM, que basicamente
es un core que utiliza el conjunto de instrucciones de la arquitectura
ARM, pero es implementado con la tecnologia de la serie Alpha de Digital
Semiconductor. De aqu nace el StrongARM de 200 Mhz.
En 1998, Intel obtiene una licencia de Digital Semiconductor y ARM, Ltd.
para producir el StrongARM a partir del 2000, con algunos cambios que lo
hacen tres veces mas rapido que el anterior, utilizando menos energia que el
actual.
3 StrongARM de Intel
El microprocesador Intel StrongARM SA-1110 implementa el conjunto de
instrucciones de la arquitectura ARM, con las siguientes caracteristicas:
1. Soporte para Big endian y Little endian
2. Cache de Datos (Dcache) de 8 kbytes, cache asociativo de 32 vias
3. Cache de Instrucciones (Icache) de 16 Kbytes, cache asociativo de 32
vias
4. minicache, para guardar los datos que sean desechados de los caches
superiores (cache de datos, cache de instrucciones)
5. MMUs de 32 entradas, mapea 4kbyte, 8 kbyte o 1 Mbyte
6. Bu er de escritura de 8 entradas, entre 1 y 16 bytes cada una
7. Bu er de lectura de 4 entradas, con 1, 4 o hasta 8 words
Los MMUs del SA-1110 proveen de TLBs de 32 entradas separados, uno para
el
ujo de instrucciones y otro para el
ujo de datos.
Cada uno de estas 32 entradas pueden mapear segmentos, paginas grandes
o paginas peque~nas de la memoria.
El cache de datos y el cache de instrucciones estan implementados como
bloques de 32 bytes, proveen de asociatividad de 32 vias con reemplazo de
victimas implementado con una variante del algoritmo round-robin.
El minicache tiene 16 entradas y es asociativo en 2 vias, implementando l
2
algoritmo LRU (Last recent used) para el reemplazo de victimas.
El bu er de lectura permite hacer un prefetch de datos importantes a traves
de
...