ARM内核和架构

Posted 2021-01-16 jacklong-yin

转：深入浅谈，CPU设计原理

一、ARM内核和架构

ARM产品越来越丰富，命名也越来越多。很多朋友提问: ARM内核和架构都是什么意思?内核和架构的关系是什么?比如ARMv7架构，这个架构指的是什么?小编选出了几个精彩回答!希望对嵌友们在选择设计电路时有所帮助~

1.ARM内核：从ARM7、ARM9到Cortex-A7、A8、A9、A12、A15再到Cortex-A53、A57等，总之不同版本 ARM 有不同的想法。比如为高速度设计的Cortex A8、A9都是ARMv7a 架构;Cortex M3、M4是ARMv7m架构;前者是内核，后者是指令集的架构。

2.ARM的架构都是基于RISC指令集而架构的，而其内核只是实现这一指令集的硬件架构的基础，Thumb-2指令集架构(ISA)的子集，包含所有基本的16位 和32位Thumb-2指令、 、哈佛处理器架构，在加载/存储数据的同时能够执行指令取指，带分支预测的三级流水线等。

3.好比你盖房子，刚开始因为水平低流行盖平房，这就是一种架构(V5T)，然后这种平房架构你可以设计出一款独立卫生间的款式， 这叫ARM7内核。 然后其他人(芯片设计公司)想盖房子的就买你这个图纸去盖，接着过一段时间，有人觉得光独立卫生间还不够啊， 我还想有个小院子! 好吧，那ARM就满足你们的要求，出个带小院子的款式(ARM9)。

又过了很久， 这种平房的架构就随着大伙的需求一直改啊改啊，后来经过ARM研究发现： 现在大伙盖房子的能力duang duang直升啊(包括工艺、设计能力、时钟主频)，只盖这种平房施展不开啊! 好吧，ARM为了不让这帮设计的人闲着，就推出一种二三层楼房的样式， 这因为跟平房设计结构完全不一样嘛， 那就叫一种新的架构(ARMv6)，同样这种楼房样式ARM也为大家准备了带游泳池的和带车库的款式(ARM11)，好吧继续改啊改啊， 改到后来大家已经开始有能力盖十层以上的大楼了。 ARM一如既往地出了新的款式(ARMv7架构)， 这时ARM觉得以前名字都太土鳖了， 什么ARM5、 ARM6、 ARM7—又难听又难记， 我要取个看起来牛逼的名字， 咱至少也算个能设计摩天大楼的主儿了， 于是后面的内核都叫Cortex。

改名只是一部分， 随着这个架构出来后， ARM发现以前用咱们图纸盖出的楼也就做个民宅， 民宅图个啥? 实惠嘛(功耗低)。 现在不一样了，现在咱的图纸盖得楼不仅可以做民宅，还可以做军事基地、 还可以做高档写字楼， 以前这些高级功能的楼房可是只有小英(英特尔)才能设计出来的啊!为了满足这些不同的需求， ARM把这个架构设计出来的款式分成3个系列(M系列、R系列、A系列)。

M系列是为民宅设计的， 因为老百姓图实惠嘛， 这种设计就设计个十层左右(功耗低); R系列是为军事基地设计的， 这种楼设计的也不高— 十层左右吧， 但是关键是要对特殊情况要有快速反应的能力(中断快); 最后A系列是给商业大佬用的， 那当然是要高端大气上档次， 就是要性能高，各种LED灯灯光秀啊都给我上。

二、ARM 处理器命名规则

ARM 处理器传统的命名是 ARM + 数字的方式：ARM7、ARM9、ARM11，在 ARM11 以后，ARM 公司使用了新的命名方式：Cortex，对比传统的方式就应该是 ARM12。

Cortex 架构目前分为 3 个系列，性能及复杂度由低到高分别是：M、R、A。

Cortex-M 系列主要的目标是微控制器市场，就是传统的 MCU、单片机之类，分为 Cortex-M0、Cortex-M0+、Cortex-M1、Cortex-M3、Cortex-M4 等几个档次。

Cortex-R 系列主要目标是高端的实时系统，包括基带、汽车、大容量存储、工业和医疗市场等等，分为 Cortex-R4、Cortex-R5、Cortex-R7 几个档次。

Cortex-A 系列主要面向通用处理应用市场，可向托管丰富 OS 平台和用户应用程序的设备提供全方位的从超低成本手机、智能手机、移动计算平台、数字电视和机顶盒到企业网络、打印机和服务器解决方案，处理器有：Cortex-A5、Cortex-A7、Cortex-A8、Cortex-A9、Cortex-A12、Cortex-A15、Cortex-A17、Cortex-53、Cortex-A57 等等。

三、ARM架构授权、IP核授权、

一个公司若想使用ARM的内核来做自己的处理器，比如ST、苹果、三星、TI、高通、华为等等，必须向ARM公司购买其架构下的不同层级授权，根据使用需要购买相应的层级授权。

架构的授权方式有三种：架构层级授权、内核层级授权(ip核授权)、使用层级授权。

从高到低----------->>>>>>>__>>>>

1.架构层级授权，是指可以对ARM架构进行大幅度改造，甚至可以对ARM指令集进行扩展或缩减，苹果就是一个很好的例子，在使用ARMv7-A架构基础上，扩展出了自己的苹果swift架构；

2.内核层级授权，是指可以以一个内核为基础然后在加上自己的外设，比如USART GPIO SPI ADC 等等，最后形成了自己的MCU，这些很多，比如三星TI;

3.使用层级授权，要想使用一款处理器，得到使用层级的授权是最基本的，这就意味着你只能拿别人提供的定义好的ip来嵌入在你的设计中，不能更改人家的ip，也不能借助人家的ip创造自己的基于该ip的封装产品；

因此，如果华为分别拿到架构授权和ip核授权，那么意味着它可以在ARM指令集基础上根据需要创建出自己的内核架构，并可添加各种片内外设比如通信接口、显示器控制接口、GPIO等等，从而生产出自己的“处理器芯片”。
其实就像我写了一篇文章，我告诉甲，你可以拿去修改后使用，便是架构层级授权，我告诉乙，你可以在你的文章中引用我的文章，便是内核级授权，我告诉丙，你只能对我的文章进行转发，不能更改，不能添油加醋，便是使用层级授权。