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必备知识:深入了解ARM

最编程 2024-08-04 21:00:47
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ARM:计算力量的灵活之源

ARM(Advanced RISC Machine)架构是当今计算领域的一颗璀璨明星,其灵活性和高效性使得它成为移动设备、嵌入式系统和服务器等领域的首选。

起源与发展 ARM架构的故事可以追溯到上世纪80年代初。当时,英国的Acorn Computers公司开发了一款名为Acorn RISC Machine(ARM)的处理器,这是一种基于精简指令集(RISC)的设计。RISC架构的目标是通过简化指令集合,提高每个指令的执行速度,从而提高处理器性能。由于其独特的设计理念,ARM处理器很快在嵌入式系统领域取得了成功。

1990年,ARM架构独立出来成为一家公司,即ARM Holdings。ARM Holdings通过向其他公司授权ARM技术,使得更多公司能够设计和生产基于ARM架构的处理器。这一决策为ARM的全球推广奠定了基础。

特点 ARM架构的独到之处在于其一系列引人注目的特点:

灵活性和可伸缩性: ARM设计时考虑了处理器在不同应用场景下的需求。从低功耗的移动设备到高性能的服务器,ARM处理器通过其灵活的设计适应了各种需求。 低功耗: ARM最初是为低功耗设计的,这使得它成为移动设备和物联网设备的理想选择。随着技术的发展,ARM架构逐渐拓展到更多领域,但低功耗的特性仍然是其一大优势。 可许可设计: ARM采用的许可模式使得其他公司可以获得ARM技术并设计自己的芯片。这导致了一个庞大的生态系统,涵盖了多家公司和各种产品。 多样的应用领域: ARM在移动设备、嵌入式系统、网络设备和服务器等领域都取得了成功。其多样性的应用体现了其通用性和适应性。 应用领域 ARM架构广泛应用于各种领域,其中包括但不限于:

移动设备: 大部分智能手机和平板电脑采用ARM处理器,因为其低功耗和高性能的特点。 嵌入式系统: 从家电到汽车控制系统,许多嵌入式系统选择了ARM处理器,因为其适应性和可靠性。 网络设备: 路由器、交换机等网络设备中,ARM处理器被广泛应用,满足了高性能和低功耗的需求。 服务器: 随着ARM架构的不断发展,一些服务器厂商开始采用ARM处理器,尤其是在处理大规模数据的场景下。 ARM授权方式 ARM的授权方式主要体现在两个方面:架构授权和核心授权。

架构授权(Architecture License): ARM以架构授权的方式向合作伙伴提供对ARM指令集架构的许可。这意味着合作伙伴可以设计符合ARM指令集架构的处理器,但并非使用ARM已有的核心设计。这种方式使得合作伙伴有更大的*度,可以根据自己的需求进行定制。 核心授权(Processor IP License): ARM还以核心授权的方式向合作伙伴提供对其现有处理器核心的许可,使得合作伙伴可以直接使用ARM设计的处理器核心。ARM设计了多个不同性能级别和用途的处理器核心,如Cortex-A、Cortex-R和Cortex-M系列。合作伙伴可以根据项目需求选择适当的处理器核心。 在核心授权中,ARM提供的是处理器的IP(Intellectual Property,知识产权)。这包括了处理器的设计图纸、RTL(Register-Transfer Level)代码以及相应的文档和支持。合作伙伴可以在这个基础上进行定制和优化,以满足其产品的特定需求。

以下几个概念你真的清楚吗? CPU架构 CISC(Complex Instruction Set Computer) - 复杂指令集 RISC(Reduced Instruction Set Computing) - 精简指令集 目前市面上主流的cpu架构有X86、ARM、MIPS、Risc-V、PowerPC等。

ARM/MIPS/PowerPC/ Risc-V均是基于精简指令集(RISC)架构; X86则是基于复杂指令集(CISC)的架构。 ARM 架构 ARM 架构,是指由ARM公司开发,基于精简指令集(RISC)的架构。像我们耳熟能详的ARMv7、ARMv8等就是指ARM 架构。

ARM 核 ARM核 是基于ARM 架构开发出来的IP core,有两种类型的ARM核:

一种是ARM公司自己开发的,比如ARM1、ARM9、ARM11、ARM Cortex-A(A7、A9、A15),ARM Cortex-M(M1、M3、M4)、ARM Cortex-R等等; 另一种是ARM授权其它公司开发的Core,比如苹果的芯片包括A系列和M系列,它们都基于ARM架构开发。 ARM 处理器 ARM处理器是指基于ARM核设计制造的处理器芯片,例如Qualcomm的Snapdragon、Samsung的Exynos等。

ARM Soc ARM SoC(System on Chip)是将ARM处理器、内存、电源管理、输入/输出接口等集成到单个芯片上的解决方案。比如许多芯片厂商提供的开发板,我们平时基于某款ARM处理器设计的产品等。

RISC架构 ---> ARM架构 ---> ARM核 ---> ARM处理器 ---> 基于ARM处理器的soc