ARM体系结构简介

Posted 2021-03-16 yanceylu

1. 体系结构

　　体系结构向软件开发人员提供了指令集和工作流程，也叫编程模型。体系结构是功能性的说明，是硬件与软件的桥梁，描述了软件依靠硬件能提供什么样的功能。体系结构包括几个部分。

指令集

• 每条指令的功能
• 指令在存储器中如何存放（指令的编码）

寄存器

• 寄存器数量
• 寄存器大小
• 寄存器功能
• 初始状态

异常模型

• 不同的特权级别
• 异常的类型
• 异常触发和返回发生了什么

存储模型

• 存储器如何按序访问
• Cache如何工作，软件什么时候需要进行维护

调试、跟踪和分析

• 断点如何设置和触发
• 跟踪工具捕获的信息和格式

2. ARM体系结构的发展

　　ARMv8-A是64位的体系结构，但是仍然支持32位，向后兼容（例如支持v7，v6，和v5）。

3. 微体系结构

　　体系结构是不描述处理器是如何构建和工作的。微体系结构描述了处理器的设计和构建。微体系结构包括几个部分。

• 流水线长度和布局
• Cache数量和大小
• 特殊指令的周期数
• 实现了哪些可选的特性

　　例如，Cortex-A53和Cortex-A72有相同的体系结构ARMv8-A，但是它们却有非常不同的微体系结构。软件运行在Cortex-A53和Cortex-A72上是无需修改的。

4. ARM当前体系结构的配置

　　ARM体系结构目前有三种配置。

• A-Profile (Application), 高性能，为复杂操作系统而设计，如Linux和Windows。
• R-Profile (Real-Time)，面向有实时性需求的系统，常用于网络设备和嵌入式控制系统。
• M-profile (Microcontroller)，低功耗，体积小，常用于嵌入式设备。

　　（ARM Cortex是ARM处理器IP的商标名。）

5. ARM其他组件

　　除了处理器外，ARM还有很多其他组件，一起组成现代SoC。下图是一个例子。

Generic Interrupt Controller

　　GIC是和ARMv7-A/R和ARMv8-A/R一起使用的标准的中断控制器。

System Memory Management Unit

　　SMMU/IOMMU向非处理器的master提供转换服务。

Generic Timer

　　Generic Timer向系统中所有处理器提供公共的参考系统计数。实际上就是计数器的功能，像操作系统中调度器的tick。Generic Timer是ARM体系结构的一部分，但是System Counter却是一个系统的组件。

Server Base System Architecture (SBSA)和Trusted Base System Architecture (TBSA)

　　向SoC开发人员提供系统设计的指导。

Advanced Microcontroller Bus Architecture (AMBA)

　　AMBA family总线协议控制ARM系统中的组件是怎样连接的，以及这些连接上的协议。

6. ARM的文档

我需要查阅哪些ARM的文档？以Cortex-A75为例，Cortex-A75实现了ARMv8.2-A，GICv4 CPU接口和AMBA总线接口。其相关文档如下。

 

 

参考

https://developer.arm.com/architectures/learn-the-architecture/introducing-the-arm-architecture