第2章 ARC EM处理器介绍

本章首先详细介绍ARC EM处理器的特点及优势。其次，进一步深入处理器内核内部，介绍ARC EM处理器的接口信号、微架构和流水线、存储系统，以及存储保护机制和调试技术等结构方面的知识。

2.1 ARC EM处理器特点

ARC EM是一个32位处理器内核，采用三级流水线结构，使功耗效率（DMIPS/mW）及面积效率（DMIPS/mm2）都达到最佳化。这一系列处理器是ARC中功耗最低的，同时其可配置性能够针对性能和功耗进行优化，定制指令能够整合专有硬件以及广泛的生态系统支持。

ARC EM微处理器有以下主要特点：

支持ARCv2指令集，能混合执行16/32位指令，能最优化程序代码密度。

支持用户模式和内核模式。

支持最多64个寄存器，有效提升执行速度和优化程序大小。

存储器寻址方式灵活简单，执行效率高。

支持最多240个外部中断和16个优先级，支持快速中断和寄存器文件组自动切换。

支持指令和数据高速缓存。

支持指令和数据紧密耦合存储器（CCM）。

丰富的可配置性。

强大的用户扩展性。

高效的低功耗机制，①结构级的门控时钟：在正常运行时，EM处理器会自动关闭没有使用的模块时钟；②多种低功耗模式：SLEEP指令可使处理器进入不同等级的低功耗模式，包括多种关闭时钟和关闭电源的模式；③支持动态的电压频率调整。

如图2-1所示为ARC EM系列处理器与同类型某系列处理器的功能对比。

从图2-1可以看出，ARC EM在同样的三级流水线内核下，其处理性能能够达到1.77DMIPS/MHz。ARC EM能够通过灵活的可配置性，覆盖某处理器整个系列的功能，并提供了某处理器系列中不具备的快速的上下文切换、I/D高速缓存和紧密耦合的寄存器组件。这种丰富、灵活的架构使得ARC EM系列处理器能够针对不同的应用需求有不同的功能表现。ARC EM处理器在与竞争对手的性能、功耗和面积（Performance，Power&Area）比较中也处于领先地位。

从图2-2中可以看出，ARC EM的同等配置的EM4内核在面积和功耗上和处理器C近似。由于EM更加合理的流水线设计，使得其最高频率更高，此外指令集和体系结构的优势使得EM的最高性能远远高于处理器C以及其他竞争产品。EM5D包含丰富的DSP指令，适合物联网设备中的传感器算法和音频算法应用。

下面针对ARC EM处理器独特的可配置性和用户扩展性做简单介绍，在第10章及第11章将详细介绍。