ARM的发展史以及架构解析

Posted 2022-06-11 glc400

    本文从ARM的发展历史着手，以S3C2440为例与51单片机进行对比分析，详细解析了ARM架构。

    先来谈一下ARM的发展史：1978年12月5日，物理学家Hermann Hauser和工程师Chris Curry，在英国剑桥创办了CPU公司（Cambridge Processing Unit），主要业务是为当地市场供应电子设备。1979年，CPU公司改名为Acorn计算机公司。

    80年代中期，Acorn的一个小团队要为他们的下一代计算机挑选合适的处理器，根据他们提供的技术需求，在当时的市场上无法找到合适的处理器，于是Acorn决定自己设计一个处理器。一个小团队仅仅用了18个月就完成了从设计到实现的全过程，这是一台RISC指令集的计算机，叫做Acorn RISC Machine（简称ARM）。后来Acorn公司没落了，而处理器设计部门被分了出来，组成了一家新公司。

    ARM公司主要设计ARM系列AISC处理器内核，它不生产芯片，只提供IP核。先以一个例子解释一下架构、核、处理器和芯片：S3C2440，这是一款SoC芯片，注意，它不是cpu，2440和我们熟知的51单片机有点类似，都属于嵌入式，嵌入式的发展到目前经历了三个阶段，分别是SCM、MCU、SoC。51属于SCM或MCU，而2440就属于SoC了，先来看看51单片机的内部结构

　　

    其内部结构可以简单的分成两部分：cpu和外设。再来看2440的：

　　

　　中间的那个arm920t就是它的处理器，处理器和核在我看来在这里是一个概念，只不过一个是硬概念，一个是软概念。这里的920t就既是处理器又是核。而三星做的就是除了这个cpu外其他的东西。

　　那架构呢？再来看一张图。

　　

　　其中左侧的就是架构，右侧的是处理器，也可以叫核。arm首个最成功的cpu是ARM7TDMI，是基于ARMv4的。ARM架构包含了下述RISC特性：

　　读取/储存 架构

　　不支援地址不对齐内存存取（ARMv6内核现已支援）

　　正交指令集（任意存取指令可以任意的寻址方式存取数据Orthogonal instruction set）

　　大量的16 × 32-bit 寄存器阵列（register file）

　　固定的32 bits 操作码（opcode）长度，降低编码数量所产生的耗费，减轻解码和流水线化的负担。

　　大多均为一个CPU周期执行。

　　不同版本的架构会有所调整。

　　和三星相同的其他和arm合作的各大厂商通常会把它的CPU和各类外围IP都放到一起，然后自己拿着图纸去流片，生产出来的也是一个正方形，下面有很多引脚，这个东西不仅包含了CPU，还包含了其他的控制器，这个东西就叫做SOC（system on chip）。从英文来看，所谓的四核SOC什么的，本意就不是单指CPU，而是四核系统。

　　所以目前各大厂商所做的事情，就是买来ARM的授权，得到ARM处理器的源代码，而后自己搞一些外围IP（或者买或者自己设计），组成一个SOC后，去流片。不同的SOC，架构不同（就是CPU如何和IP联系起来，有的以总线为核心，有的以DDR为核心），所以，海思是拥有自主产权的SOC架构。可是，无论任何厂商，再怎么折腾，都没有怎么动过CPU，ARM核心就好好的呆在那里，那就是中央处理器。

　　目前ARM的产品天梯：

　　

　　ARM命名规则：

　　第一个数字：系列名称：eg.ARM7、ARM9

　　第二个数字：Memory system

　　2：带有MMU

　　4：带有MPU

　　6：无MMU与MPU

　　第三个数字：Memory size

　　0：标准Cache（4-128k）

　　2：减小的Cache

　　6：可变的Cache

　　第四个字符：T：表示支持Thumb指令集

　　D：表示支持片上调试（Debug）

　　M：表示内嵌硬件乘法器（Multiplier）

　　I ：支持片上断点和调试点

　　E：表示支持增强型DSP功能

　　J ：表示支持Jazelle技术，即Java加速器

　　S：表示全合成式