暂无图片
暂无图片
暂无图片
暂无图片
暂无图片

arm基础知识(二)arm架构演进

二进制人生 2020-03-28
1374

微信公众号:二进制人生
专注于嵌入式linux开发。问题或建议,请发邮件至hjhvictory@163.com。
更新:2020/3/26,内容整理自网络。

本系列文章整理了arm的相关基础知识,内容整理自网络,初衷是想让零散的知识更具体系化和系统化,如有侵权联系删除,仅作学习分享之用,本文主要参看https://blog.csdn.net/ZCShouCSDN/article/details/84393473。

arm基础知识(一)arm公司发展历程
arm基础知识(二)arm架构演进
arm基础知识(三)arm寄存器介绍
arm基础知识(四)arm协处理器介绍
arm基础知识(五)arm处理器模式
arm基础知识(六)arm汇编
arm基础知识(七)arm C语言内嵌汇编
arm基础知识(八)arm寻址方式
arm基础知识(九)…

arm架构发展历程介绍

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,Acorn是ARM公司的前身),是一个32位精简指令集(RISC)处理器架构,其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。由于节能的特点,ARM处理器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。

  ARM是Advanced RISC Machines的缩写。ARM架构是一个32位精简指令集(RISC)处理器架构,其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。

  迄今为止(2016年)ARM架构已经发展到了第八代ARMv8,在了解最新架构之前有必要重温一下ARM架构发展史:

  1985年,ARMv1架构诞生,该版架构只在原型机ARM1出现过,只有26位的寻址空间(64MB),没有用于商业产品。

  1986年,ARMv2架构诞生,首颗量产的ARM处理器ARM2就是基于该架构,包含了对32位乘法指令和协处理器指令的支持,但同样仍为26位寻址空间。其后还出现了变种ARMv2a,ARM3即采用了ARMv2a,是第一片采用片上Cache的ARM处理器。

  1990年,ARMv3架构诞生,第一个采用ARMv3架构的微处理器是ARM6(610)以及ARM7,其具有片上高速缓存、MMU和写缓冲,寻址空间增大到32位(4GB)。

  1993年,ARMv4架构诞生,这个架构被广泛使用,ARM7(7TDMI)、ARM8、ARM9(9TDMI)和StrongARM采用了该架构。ARM在这个系列中引入了T变种指令集,即处理器可工作在Thumb状态,增加了16位Thumb指令集。

1998年,ARMv5架构诞生,ARM7(EJ)、ARM9(E)、ARM10(E)和Xscale采用了该架构,这版架构改进了ARM/Thumb状态之间的切换效率。此外还引入了DSP指令和支持JAVA。

  2001年,ARMv6架构诞生,ARM11采用的是该架构,这版架构强化了图形处理性能。通过追加有效进行多媒体处理的SIMD将语音及图像的处理功能大大提高。此外ARM在这个系列中引入了混合16位/32位的Thumb-2指令集。

 2004年,ARMv7架构诞生,从这个时候开始ARM以Cortex来重新命名处理器,Cortex-M3/4/7,Cortex-R4/5/6/7,Cortex-A8/9/5/7/15/17都是基于该架构。该架构包括NEON™技术扩展,可将DSP和媒体处理吞吐量提升高达400%,并提供改进的浮点支持以满足下一代3D图形和游戏以及传统嵌入式控制应用的需要。我们熟悉的stm32f103系列就是采用Cortex-M3结构。

  2007年,在ARMv6基础上衍生了ARMv6-M架构,该架构是专门为低成本、高性能设备而设计,向以前由8位设备占主导地位的市场提供32位功能强大的解决方案。Cortex-M0/1/0+即采用的该架构。

  2011年,ARMv8架构诞生,Cortex-A32/35/53/57/72/73采用的是该架构,这是ARM公司的首款支持64位指令集的处理器架构。

下图是ARM公司自己设计的内核,第二列是各个架构,第一列是该架构对应的arm家族,第三列是该架构对应的实际实现的核心。

下面一张图是,ARM内核发布时间:

除了 ARM 公司自己设计的内核,还有些内核实现了ARM指令集,是由具有ARM架构许可证的公司独立开发:

总结来说,ARM 处理器产品分为经典ARM处理器系列和最新的Cortex处理器系列。

Cortex系列

  ARM公司在经典处理器ARM11以后的产品改用Cortex命名,并分成A、R和M三类,旨在为各种不同的市场提供服务。Cortex系列属于ARMv7架构,由于应用领域不同,基于v7架构的Cortex处理器系列所采用的技术也不相同,基于v7A的称为Cortex-A系列,基于v7R的称为Cortex-R系列,基于v7M的称为Cortex-M系列。

Application Processors(应用处理器):面向移动计算,智能手机,服务器等市场的的高端处理器。这类处理器运行在很高的时钟频率(超过1GHz),支持像Linux,Android,MS Windows和移动操作系统等完整操作系统需要的内存管理单元(MMU)。如果规划开发的产品需要运行上述其中的一个操作系统,你需要选择ARM应用处理器。

Real-time Processors 实时处理器):面向实时应用的高性能处理器系列,例如硬盘控制器,汽车传动系统和无线通讯的基带控制。多数实时处理器不支持MMU,不过通常具有MPU、Cache和其他针对工业应用设计的存储器功能。实时处理器运行在比较高的时钟频率(例如200MHz到>1GHz ),响应延迟非常低。虽然实时处理器不能运行完整版本的Linux和Windows操作系统, 但是支持大量的实时操作系统(RTOS)。

Microcontroller Processors(微控制器处理器):微控制器处理器通常设计成面积很小和能效比很高。通常这些处理器的流水线很短,最高时钟频率很低(虽然市场上有此类的处理器可以运行在200Mhz之上)。并且,新的Cortex-M处理器家族设计的非常容易使用。因此,ARM微控制器处理器在单片机和深度嵌入式系统市场非常成功和受欢迎。
Cortex-M 处理器家族更多的集中在低性能端,但是这些处理器相比于许多微控制器使用的传统处理器性能仍然很强大。例如,Cortex-M4和Cortex-M7处理器应用在许多高性能的微控制器产品中,最大的时钟频率可以达到400Mhz。


每天进步一点点……

图 二进制人生公众号



文章转载自二进制人生,如果涉嫌侵权,请发送邮件至:contact@modb.pro进行举报,并提供相关证据,一经查实,墨天轮将立刻删除相关内容。

评论