Processadores ARM

Evolução dos Processadores ARM

Resumo

A família ARM é utilizada em diversos dispositivos, que vão de palmtops e telefones celulares a sistemas de automação.

Existem diversas famílias de processadores ARM, chips RISC de 32 bits, produzidos por diversos fabricantes, que vão da Samsung à Intel. Embora possuam um design bastante simples, se comparados aos processadores x86, os chips ARM conservam um bom desempenho. Um Treo 650, por exemplo, que é baseado num Intel Xscale de 312 MHz, consegue exibir vídeos em Divx com resolução de 320x240 sem falhas, tarefa que mesmo um Pentium II 266 tem dificuldades para realizar.

Usando um processador ARM e pelo menos 4 MB de memória, seu sistema embarcado pode rodar Linux, o que abre grandes possibilidades em termos de softwares e ferramentas de desenvolvimento. Adicionando um pouco mais de memória, é possível rodar o Windows Mobile ou o Symbian.

Embora operem a freqüências relativamente baixas, se comparados aos processadores x86 (na maioria dos casos apenas 300, 400 ou 500 MHz), os chips ARM são baratos e possuem um baixo consumo elétrico, por isso são extremamente populares em celulares, PDAs, pontos de acesso, modems ADSL, centrais telefônicas, sistemas de automatização em geral, videogames (como o GameBoy Advance) e assim por diante. Cerca de 75% de todos os processadores de 32 bits usados em sistemas embarcados são processadores ARM.

Além da família ARM e Z80, existem inúmeras outras famílias de chips e controladores. Cada uma conta com um conjunto próprio de ferramentas de desenvolvimento (SDK), que incluem compiladores, debuggers, documentação e ferramentas úteis. Em alguns casos o SDK é distribuído gratuitamente, mas em outros precisa ser comprado ou licenciado, o que encarece o projeto.

Normalmente, o desenvolvedor roda as ferramentas de desenvolvimento em um PC e transfere o software para o sistema embarcado que está desenvolvendo apenas nos estágios finais do desenvolvimento. Em alguns casos isso é feito através da porta USB (ou de uma porta serial), mas em outros é necessário gravar um chip de EPROM ou memória flash com a ajuda do gravador apropriado e transferir o chip para o sistema embarcado para poder testar o software.

Introdução

Arquitetura ARM (primeiramente Acorn RISC Machine, atualmente Advanced RISC Machine) é uma arquitetura de processador de 32 bits e é usada principalmente em sistemas embarcados. Um sistema embarcado (ou sistema embutido) é um sistema microprocessado no qual o computador é completamente encapsulado ou dedicado ao dispositivo ou sistema que ele controla. Diferente de computadores de propósito geral, como o computador pessoal, um sistema embarcado realiza um conjunto de tarefas predefinidas, geralmente com requisitos específicos. Já que o sistema é dedicado a tarefas específicas, através de engenharia pode-se otimizar o projeto reduzindo tamanho, recursos computacionais e custo do produto.

Sistemas como PDAs são geralmente considerados sistemas embarcados pela natureza de seu hardware, apesar de serem muito mais flexíveis em termos de software. Fisicamente, os sistemas embarcados passam desde MP3 players a semáforos.

Muito usada na indústria e na informática, seu desenvolvimento se deu visando obter o melhor desempenho possível, com a limitação de ser simples, ocupar pouca área e ter baixo consumo de energia.

Os processadores ARM são conhecidos pela sua versatilidade, pois possuem poucas instruções para programação. São encontrados em PDAs, telefones celulares, calculadoras, periféricos de computador, equipamentos POS e aplicações industriais.

Atualmente os processadores ARM são 90% dos processadores embarcados RISC de 32 bits.

As principais características são a arquitetura Load-Store: as instruções somente processarão (soma, subtração, etc.) valores que estiverem nos registradores e sempre armazenarão os resultados em algum registrador, instruções fixas de 32 bits de largura (com exceção das instruções Thumb compactas de 16 bits) alinhadas em 4 bytes consecutivos da memória, com execução condicional, com poderosas instruções de carga e armazenamento de múltiplos registradores, capacidade de executar operações de deslocamento e na ULA com uma única instrução executada em um ciclo de clock, formato de instruções de 3 endereços (isto é, os dois registradores operandos e o registrador de resultado são independentemente especificados), 15 registradores de 32 bits para uso geral, manipulação de periféricos de I/O como dispositivos mapeados na memória com suporte à interrupções, conjunto de instruções aberto a extensões através de co-processador, incluindo a adição de novos registradores e tipos de dados ao modelo do programador, pipelines de 3 e 5 estágios, baixo Consumo de energia e tamanho do núcleo reduzido.

Quanto aos tipos de núcleos estão divididos em processadores para aplicativos, processadores para sistemas embarcados e processadores SecurCore.

Inicialmente desenvolvido pela Acorn Computers Limited de Cambridge, Inglaterra, entre outubro de 1983 e abril de 1985, foi o primeiro processador RISC desenvolvido para uso comercial. Projeto baseado no processador Berkeley RISC I. O Núcleo ARM se manteve basicamente com o mesmo tamanho durante sua evolução. ARM2 tinha 30,000 transistores, enquanto o ARM6 evoluiu para apenas 35,000. Em 2009 alguns fabricantes de netbooks utilizaram processadores Arm em seus produtos para concorrer com o Atom da Intel.

Evolução da família ARM

• ARM1 – 1985 - protótipo que não chegou ao mercado.

• ARM2 – 1986 – Possuía um barramento de dados de 32 bits, porém só usava 26 bits, deixando os 6 bits restantes para as flags de estado. Foi considerado o micro-processador de 32 bits mais simples, com 30.000 transistores (comparando com o Motorola modelo 68000, seis anos mais velho e continha 70.000 transistores), não tinha cache.

• ARM3 – 1989 – 4KB de cache, melhorou a performance.

Ao longo dos anos 90, a ARM torna-se líder no mercado de processadores embarcados, pois oferece alto desempenho com baixo consumo de energia.

• ARM6 – 1991 – Processador 32 bits, tinha somente 35000 transistores. A Apple usou em seus primeiros PDAs processadores ARM 610 (1994).

• ARM7 – 1994 - usa metade da energia