ARM架構(gòu)解析

先來(lái)談一下ARM的發(fā)展史：1978年12月5日，物理學(xué)家Hermann Hauser和工程師Chris Curry，在英國(guó)劍橋創(chuàng)辦了CPU公司(Cambridge Processing Unit)，主要業(yè)務(wù)是為當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)供應(yīng)電子設(shè)備。1979年，CPU公司改名為Acorn計(jì)算機(jī)公司。

80年代中期，Acorn的一個(gè)小團(tuán)隊(duì)要為他們的下一代計(jì)算機(jī)挑選合適的處理器，根據(jù)他們提供的技術(shù)需求，在當(dāng)時(shí)的市場(chǎng)上無(wú)法找到合適的處理器，于是Acorn決定自己設(shè)計(jì)一個(gè)處理器。一個(gè)小團(tuán)隊(duì)僅僅用了18個(gè)月就完成了從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)的全過(guò)程，這是一臺(tái)RISC指令集的計(jì)算機(jī)，叫做Acorn RISC Machine(簡(jiǎn)稱ARM)。后來(lái)Acorn公司沒(méi)落了，而處理器設(shè)計(jì)部門被分了出來(lái)，組成了一家新公司。

ARM公司主要設(shè)計(jì)ARM系列AISC處理器內(nèi)核，它不生產(chǎn)芯片，只提供IP核。先以一個(gè)例子解釋一下架構(gòu)、核、處理器和芯片：S3C2440，這是一款SoC芯片，注意，它不是cpu，2440和我們熟知的51單片機(jī)有點(diǎn)類似，都屬于嵌入式，嵌入式的發(fā)展到目前經(jīng)歷了三個(gè)階段，分別是SCM、MCU、SoC。51屬于SCM或MCU，而2440就屬于SoC了，先來(lái)看看51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)單的分成兩部分：cpu和外設(shè)。再來(lái)看2440的：

中間的那個(gè)arm920t就是它的處理器，處理器和核在我看來(lái)在這里是一個(gè)概念，只不過(guò)一個(gè)是硬概念，一個(gè)是軟概念。這里的920t就既是處理器又是核。而三星做的就是除了這個(gè)cpu外其他的東西。

那架構(gòu)呢?再來(lái)看一張圖。

其中左側(cè)的就是架構(gòu)，右側(cè)的是處理器，也可以叫核。arm首個(gè)最成功的cpu是ARM7TDMI，是基于ARMv4的。ARM架構(gòu)包含了下述RISC特性：

讀取/儲(chǔ)存 架構(gòu)

不支援地址不對(duì)齊內(nèi)存存取(ARMv6內(nèi)核現(xiàn)已支援)

正交指令集(任意存取指令可以任意的尋址方式存取數(shù)據(jù)Orthogonal instruction set)

大量的16 × 32-bit 寄存器陣列(register file)

固定的32 bits 操作碼(opcode)長(zhǎng)度，降低編碼數(shù)量所產(chǎn)生的耗費(fèi)，減輕解碼和流水線化的負(fù)擔(dān)。

大多均為一個(gè)CPU周期執(zhí)行。

不同版本的架構(gòu)會(huì)有所調(diào)整。

和三星相同的其他和arm合作的各大廠商通常會(huì)把它的CPU和各類外圍IP都放到一起，然后自己拿著圖紙去流片，生產(chǎn)出來(lái)的也是一個(gè)正方形，下面有很多引腳，這個(gè)東西不僅包含了CPU，還包含了其他的控制器，這個(gè)東西就叫做SOC(system on chip)。從英文來(lái)看，所謂的四核SOC什么的，本意就不是單指CPU，而是四核系統(tǒng)。

所以目前各大廠商所做的事情，就是買來(lái)ARM的授權(quán)，得到ARM處理器的源代碼，而后自己搞一些外圍IP(或者買或者自己設(shè)計(jì))，組成一個(gè)SOC后，去流片。不同的SOC，架構(gòu)不同(就是CPU如何和IP聯(lián)系起來(lái)，有的以總線為核心，有的以DDR為核心)，所以，海思是擁有自主產(chǎn)權(quán)的SOC架構(gòu)?？墒?，無(wú)論任何廠商，再怎么折騰，都沒(méi)有怎么動(dòng)過(guò)CPU，ARM核心就好好的呆在那里，那就是中央處理器。

目前ARM的產(chǎn)品天梯：

ARM命名規(guī)則：

第一個(gè)數(shù)字：系列名稱：eg.ARM7、ARM9

第二個(gè)數(shù)字：Memory system

2：帶有MMU

4：帶有MPU

6：無(wú)MMU與MPU

第三個(gè)數(shù)字：Memory size

0：標(biāo)準(zhǔn)Cache(4-128k)

2：減小的Cache

6：可變的Cache

第四個(gè)字符：T：表示支持Thumb指令集

D：表示支持片上調(diào)試(Debug)

M：表示內(nèi)嵌硬件乘法器(Multiplier)

I ：支持片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)

E：表示支持增強(qiáng)型DSP功能

J ：表示支持Jazelle技術(shù)，即Java加速器

S：表示全合成式