ARM的發展史以及架構解析

    本文從ARM的發展歷史着手，以S3C2440爲例與51單片機進行對比分析，詳細解析了ARM架構。

    先來談一下ARM的發展史：1978年12月5日，物理學家Hermann Hauser和工程師Chris Curry，在英國劍橋創辦了CPU公司（Cambridge Processing Unit），主要業務是爲當地市場供應電子設備。1979年，CPU公司更名爲Acorn計算機公司。

    80年代中期，Acorn的一個小團隊要爲他們的下一代計算機挑選合適的處理器，根據他們提供的技術需求，在當時的市場上沒法找到合適的處理器，因而Acorn決定本身設計一個處理器。一個小團隊僅僅用了18個月就完成了從設計到實現的全過程，這是一臺RISC指令集的計算機，叫作Acorn RISC Machine（簡稱ARM）。後來Acorn公司沒落了，而處理器設計部門被分了出來，組成了一家新公司。

    ARM公司主要設計ARM系列AISC處理器內核，它不生產芯片，只提供IP核。先以一個例子解釋一下架構、核、處理器和芯片：S3C2440，這是一款SoC芯片，注意，它不是cpu，2440和咱們熟知的51單片機有點相似，都屬於嵌入式，嵌入式的發展到目前經歷了三個階段，分別是SCM、MCU、SoC。51屬於SCM或MCU，而2440就屬於SoC了，先來看看51單片機的內部結構

　　

    其內部結構能夠簡單的分紅兩部分：cpu和外設。再來看2440的：

　　

　　中間的那個arm920t就是它的處理器，處理器和核在我看來在這裏是一個概念，只不過一個是硬概念，一個是軟概念。這裏的920t就既是處理器又是核。而三星作的就是除了這個cpu外其餘的東西。

　　那架構呢？再來看一張圖。

　　

　　其中左側的就是架構，右側的是處理器，也能夠叫核。arm首個最成功的cpu是ARM7TDMI，是基於ARMv4的。ARM架構包含了下述RISC特性：

　　讀取/儲存 架構

　　不支援地址不對齊內存存取（ARMv6內核現已支援）

　　正交指令集（任意存取指令能夠任意的尋址方式存取數據Orthogonal instruction set）

　　大量的16 × 32-bit 寄存器陣列（register file）

　　固定的32 bits 操做碼（opcode）長度，下降編碼數量所產生的耗費，減輕解碼和流水線化的負擔。

　　大多均爲一個CPU週期執行。

　　不一樣版本的架構會有所調整。

　　和三星相同的其餘和arm合做的各大廠商一般會把它的CPU和各種外圍IP都放到一塊兒，而後本身拿着圖紙去流片，生產出來的也是一個正方形，下面有不少引腳，這個東西不只包含了CPU，還包含了其餘的控制器，這個東西就叫作SOC（system on chip）。從英文來看，所謂的四核SOC什麼的，本意就不是單指CPU，而是四核系統。

　　因此目前各大廠商所作的事情，就是買來ARM的受權，獲得ARM處理器的源代碼，然後本身搞一些外圍IP（或者買或者本身設計），組成一個SOC後，去流片。不一樣的SOC，架構不一樣（就是CPU如何和IP聯繫起來，有的以總線爲核心，有的以DDR爲核心），因此，海思是擁有自主產權的SOC架構。但是，不管任何廠商，再怎麼折騰，都沒有怎麼動過CPU，ARM核心就好好的呆在那裏，那就是中央處理器。

　　目前ARM的產品天梯：

　　

　　ARM命名規則：

　　第一個數字：系列名稱：eg.ARM七、ARM9

　　第二個數字：Memory system

　　2：帶有MMU

　　4：帶有MPU

　　6：無MMU與MPU

　　第三個數字：Memory size

　　0：標準Cache（4-128k）

　　2：減少的Cache

　　6：可變的Cache

　　第四個字符：T：表示支持Thumb指令集

　　D：表示支持片上調試（Debug）

　　M：表示內嵌硬件乘法器（Multiplier）

　　I ：支持片上斷點和調試點

　　E：表示支持加強型DSP功能

　　J ：表示支持Jazelle技術，即Java加速器

　　S：表示全合成式