ARM的发展史以及架构解析

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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

  ARM的发展史以及架构解析

  其内部结构可以简单的分成两部分:cpu和外设。再来看2440的:

  ARM的发展史以及架构解析

  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。

  ARM的发展史以及架构解析

  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的发展史以及架构解析

  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