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ARM架构(高级精简指令集机器)
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更新于2023-06-13
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ARM架构,过去称作高级精简指令集机器(Advanced RISC Machine,更早称作:Acorn RISC Machine),是一个32位精简 指令集(RISC)处理器架构,其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。由于节能的特点,ARM处理器非常适用于移动通信领 域,符合其主要设计目标为低成本、高性能、低耗电的特性。
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一颗主要用于路由器的科胜讯公司
ARM处理器
用于松下多媒体播放机的芯片
ARM架构
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ARM架构,过去称作高级精简指令集机器(Advanced RISC Machine,更早称作:Acorn RISC Machine),是一个32位精简
指令集(RISC)处理器架构,其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。由于节能的特点,ARM处理器非常适用于移动通信领
域,符合其主要设计目标为低成本、高性能、低耗电的特性。
在今日,ARM家族占了所有32位嵌入式处理器75%的比例
[1]
,使它成为占全世界最多数的32位架构之一。ARM处理器可以
在很多消费性电子产品上看到,从可携式设备(PDA、移动电话、多媒体播放器、掌上型电子游戏,和计算机)到电脑外设
(硬盘、桌面型路由器)甚至在导弹的弹载计算机等军用设施中都有他的存在。在此还有一些基于ARM设计的派生产品,
重要产品还包括Marvell的XScale架构和德州仪器的OMAP系列。
目录
1 历史■
2 内核种类■
3 设计文件 ■
3.1 Thumb■
3.2 Jazelle■
3.3 Thumb-2■
3.4 Thumb Execution Environment (ThumbEE)■
3.5 高级 SIMD (NEON)■
3.6 VFP■
3.7 安全性扩充 (TrustZone)■
4 ARM 授权方式■
5 ARM 内核的授权与应用■
6 延伸阅读■
7 参考资料■
8 外部链接■
历史
ARM的设计是Acorn电脑公司(Acorn Computers Ltd)于1983年开始的开发计划。
这个团队由Roger Wilson和Steve Furber带领,着手开发一种新架构,类似高级的MOS Technology 6502处理器。
Acorn电脑有一大堆建构在6502架构上的电脑,因此能设计出一颗类似的芯片即意味着对公司有很大的优势。
团队在1985年时开发出ARM1 Sample版,而首颗"真正"的产能型ARM2于次年量产。ARM2具有32位的数据总
线、26位的寻址空间,并提供64 Mbyte的寻址范围与16个32-bit的暂存器。这些暂存器其中有一颗做为(word大
小)程序计数器,其前面6 bits和后面2 bits用来保存处理器状态标记(Processor Status Flags)。ARM2可能是全世
界最简单实用的32位微处理器,其仅容纳了30,000个晶体管(相较于Motorola六年后的68000其包含了70,000
颗)。之所以精简的原因在于它不含微码(请参阅microcode)(这大概占了68000晶体管的1/4至1/3),而与当时
大多数的CPU相同,它没有包含任何的高速缓存。这个精简的特色使它只需消耗很少的电能,却能发挥比 Intel
80286 更好的性能.
[2]
。后继的处理器ARM3更备有4KB的高速缓存,使它能发挥更佳的性能。
在1980年代晚期,苹果电脑开始与Acorn电脑合作开发新版的ARM核心,由于这专案非常重要,Acorn电脑甚至于
1990年将设计团队另组成一间名为安谋国际科技(Advanced RISC Machines Ltd.)的新公司。也基于这原因,使
得ARM有时候反而称作Advanced RISC Machine而不是Acorn RISC Machine。由于其母公司ARM Holdings plc于
1998年的伦敦证券交易所和NASDAQ挂牌上市[1] (http://www.arm.com/miscPDFs/3822.pdf) ,使得Advanced RISC
Machines成了ARM Ltd旗下拥有的产品。
这个专案到后来进入了ARM6,首版的式样在1991年发布,然后苹果电脑使用ARM6架构的ARM 610来当作他们
Apple Newton PDA的基础。在1994年,Acorn使用ARM 610做为他们RISC PC电脑内的CPU。
在这些变革之后,内核部份却大多维持一样的大小。ARM2有30,000颗晶体管,但ARM6却也只增长到35,000颗。
主要概念是以ODM的方式,使ARM核心能搭配一些选配的零件而制成一颗完整的CPU,而且可在现有的晶圆厂
里制作并以低成本的方式达到很大的性能。
ARM的经营模式在于出售其半导体知识产权核心(IP core),授权厂家依照设计制作出建构于此核的单片机和中
央处理器。最成功的实现案例属 ARM7TDMI,几乎卖出了数亿套自带单片机的设备。
DEC 购买这个架构的产权(此处会造成混淆在于其本身也制造 DEC Alpha 并研发出StrongARM。在 233 MHz 的频率下,这颗 CPU 只消耗一瓦特的电
能(后来的芯片消耗得更少)。这项设计后来为了和 Intel 的控诉和解而技术移转,Intel 因而趁机以 StrongARM 架构补强他们老旧的 i960
产线。Intel 后
来开发出他们自有的高性能实现,称作XScale,之后也卖给了迈威尔科技。
支持智能手机、PDA和其他手持设备最常见的架构是ARMv4。XScale 和 ARM926 处理器是ARMv5TE,而且比起建构在 ARMv4 的 StrongARM、
ARM925T 和 ARM7TDMI 等处理器还更常见于许多高级设备上。架构版本如下栏所示。
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11ARM架构 - 维基百科,自由的百科全书
2011-12-22http://zh.wikipedia.or
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/wiki/ARM%E6%9E%B6%E6%A7%8B
内核种类
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11ARM架构 - 维基百科,自由的百科全书
2011-12-22http://zh.wikipedia.or
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/wiki/ARM%E6%9E%B6%E6%A7%8B
家族 架构 内核 特色
高速缓存
(I/D)/MMU
常规 MIPS
于 MHz
应用
ARM1 ARMv1 ARM1
无
ARM2
ARMv2 ARM2
Architecture 2
加入了MUL
(乘法)指令
无
4 MIPS @
8MHz
Acorn Archimedes,Chessmachine
ARMv2a ARM250
Integrated
MEMC
(MMU),图像
与IO处理器。
Architecture 2a
加入了SWP和
SWPB(置
换)指令。
无,MEMC1a
7 MIPS @
12MHz
Acorn Archimedes
ARM3 ARMv2a ARM2a
首次在ARM架
构上使用处理
器高速缓存
均为4K
12 MIPS @
25MHz
Acorn Archimedes
ARM6 ARMv3 ARM610
v3 架构首创支
持寻址32位的
存储器(针对
26位)
均为4K
28 MIPS @
33MHz
Acorn Risc PC 600,Apple Newton
ARM7 ARMv3
ARM7TDMI
ARMv4T
ARM7TDMI(-S)
三级流水线 无
15 MIPS @
16.8 MHz
Game Boy Advance,Nintendo DS,iPod
ARM710T
均为8KB, MMU
36 MIPS @
40 MHz
Acorn Risc PC 700,Psion 5 series,Apple eMate 300
ARM720T
均为8KB, MMU
60 MIPS @
59.8 MHz
Zipi
t
ARM740T MPU
ARMv5TEJ ARM7EJ-S Jazelle DBX
无
StrongARM ARMv4
ARM8 ARMv4
ARM9TDMI ARMv4T
ARM9TDMI
五级流水线 无
ARM920T
16KB/16KB,
MMU
200 MIPS @
180 MHz
Armadillo,GP32,GP2X(第一颗内核), Tapwave Zodi
a
(Motorola i. MX1)
ARM922T 8KB/8KB, MMU
ARM940T 4KB/4KB, MPU
GP2X(第二颗内核)
ARM9E
ARMv5TE
ARM946E-S
可变动,tightly
coupled
memories, MPU
N
intendo DS,Nokia N-Gage Conexant 802.11 chips
ARM966E-S
无高速缓存,
TCMs
ST Micro STR91xF,包含Ethernet [2]
(http://mcu.st.com/mcu/modules.php?
name=mcu&file=devicedocs&DEV=STR912FW44&FAM=
1
ARM968E-S
无高速缓存,
TCMs
ARMv5TEJ ARM926EJ-S Jazelle DBX
可变动,TCMs,
MMU
220 MIPS @
200 MHz
移动电话:Sony Ericsson(K, W系列),Siemens 和 Benq
(x65 系列和新版的)
ARMv5TE ARM996HS
无振荡器处理
器
无高速缓存,
TCMs, MPU
ARM10E
ARMv5TE
ARM1020E
(VFP),六级
流水线
32KB/32KB,
MMU
ARM1022E
(
VFP
)
16KB/16KB,
MMU
ARMv5TEJ ARM1026EJ-S Jazelle DBX
可变动,MMU
or MPU
XScale ARMv5TE
80200/IOP310/IOP315
I/O处理器
80219 400/600MHz Thecus N2100
IOP321
600
BogoMips
@ 600 MHz
Iyonix
IOP33x
IOP34x
1-2核,RAID
加速器
32K/32K L1,
512K L2, MMU
PXA210/PXA250
应用处理器,
七级流水线
Zaurus SL-5600
PXA255
32KB/32KB,
MMU
400
BogoMips
@ 400 MHz
Gumstix,Palm Tungsten E2
PXA26x
可达 400
MHz
Palm Tungsten T3
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