• 1.摘要
  • 2.基本信息
  • 3.简要介绍
  • 4.历史简介
  • 5.内核种类
  • 6.发展历程
  • 7.设计文件
  • 7.1.Jazelle
  • 7.2.Thumb-2
  • 7.3.进阶
  • 7.4.VFP
  • 7.5.安全性扩充
  • 8.ARM授权方
  • 9.参考资料

ARM架构

32位精简指令集处理器架构

ARM架构,过去称作进阶精简指令集机器(Advanced RISC Machine),更早称作Acorn RISC Machine,是一个32位精简指令集(RISC)中央处理器(Processor)架构1

ARM架构具有节能的特点,非常适用于移动通讯领域,符合其主要设计目标为低耗电的特性,广泛地使用在许多嵌入式系统(embedded)设计1

基本信息

  • 中文名

    ARM架构

  • 外文名

    Acorn RISC Machine

  • 处理器架构

    一个32位精简指令集(RISC)

  • 广泛用于

    使用在许多嵌入式系统设计

  • 适用领域

    移动通讯

简要介绍

ARM家族占了所有32位元嵌入式处理器75%的比例,使它成为占全世界最多数的32位元架构之一。ARM处理器可以在很多消费性电子产品上看到,从可携式装置(PDA、移动电话、多媒体播放器、掌上型电玩,和计算机)到电脑周边设备(硬盘、桌上型路由器)甚至在导弹的弹载计算机等军用设施中都有他的存在。在此家族中衍生的重要产品还包括Marvell的XScale架构和德州仪器的OMAP系列。

历史简介

ARM的设计是Acorn的电脑公司(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,类似进阶的MOS Technology 6502处理器。Acorn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ARM 1 Sample版,而首颗"真正"的产能型ARM 2于次年量产。ARM 2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)程式计数器,其前面6 bits和后面2 bits用来保存处理器状态标记(Processor Status Flags)。ARM 2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)(这表示大概只有68000的1/3至1/4),而与现今大多数的CPU不同,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更好的效能。后继的处理器ARM 3更备有4 KB的高速缓存,使它能发挥更佳的效能。

在1980年代晚期,苹果电脑开始与Acorn合作开发新版的ARM核心,由于这专案非常重要,Acorn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 Holdingsplc于1998年的伦敦交易市场和NASDAQ挂牌上市,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ARM 6,首版的式样在1991年释出,然后苹果电脑使用ARM6架构的ARM610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。ARM 2有30,000颗晶体管,但ARM 6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效能。

ARM的经营模式在于出售其知识产权核(IPcore),授权厂家依照设计制作出建构于此核的微控制器和中央处理器。最成功的实作案例属ARM7TDMI,几乎卖出了数亿套内建微控制器的装置。

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DECAlpha并研发出Strong ARM。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Strong ARM架构补强他们老旧的i960产线。Intel后来开发出他们自有的高效能实作,称作XScale,之后也卖给了Marvell。

支援智能型手机、PDA和其他手持装置最常见的架构是ARMv 4。XScale和ARM 926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阶装置上[来源请求]。架构版本如下栏所示。

内核种类

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

ARM2

ARMv2

ARM2

Architecture2加入了MUL(乘法)指令

4MIPS@8MHz

AcornArchimedes,Chessmachine

ARMv2a

ARM250

IntegratedMEMC(MMU),图像与IO处理器,Architecture2a加入了SWP和SWPB(置换)指令

无,MEMC1a

7MIPS@12MHz

AcornArchimedes

ARM3

ARMv2a

ARM2a

首次在ARM架构上使用处理器高速缓存

均为4K

12MIPS@25MHz

AcornArchimedes

发展历程

发展历程

内核发展历程

对照表

ARM内核与架构对照表