Arm架構(gòu)科普解讀 Arm架構(gòu)的底層邏輯和Arm架構(gòu)的頂層設(shè)計

前言

一、架構(gòu)概述

1.1 馮諾依曼架構(gòu)

1.2 哈佛架構(gòu)

1.3 Arm 架構(gòu)

二、架構(gòu)圖譜

2.1 三駕馬車

2.2 六代傳承

2.3 最新成員

2.3.1 大師兄 Cortex-A710

2.3.2 二師弟 Cortex-R82

2.3.3 小師妹 Cortex-M85

2.4 架構(gòu)宗親

2.4.1 圖形處理器單元 GPU

2.4.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器單元 NPU

三、架構(gòu)魔法

3.1 派系

3.1.1 Cortex-A 魔法

3.1.2 Cortex-R 魔法

3.1.3 Cortex-M 魔法

3.2 魔法發(fā)展史

3.3 微魔法

四、架構(gòu)演練

4.1 大集結(jié)

4.2 排兵布陣

4.3 運籌帷幄，決勝千里之外

4.3.1 上傳下達-控制臺輸出

4.3.2 烽火通信-LED 跑馬燈

4.3.3 密令簽發(fā)-加密

4.3.4 糧草先行-啟動代碼

4.3.5 整裝待發(fā)-鏈接腳本

五、總結(jié)

參考

術(shù)語

二、架構(gòu)圖譜

2.1 三駕馬車

Arm 架構(gòu)根據(jù)應(yīng)用場景不同分為 Cortex-A、Cortex-M、Cortex-R 三個架構(gòu)家族；

Arm A-Profile 架構(gòu)主要包括用于移動、 PC 端的 Cortex-A 系列處理器、用于云計算和機器學習的高性能 Neoverse 處理器以及和客戶合作開發(fā)的高效能 Cortex-X 系列處理器，后面兩個系列可能形成獨立系列；

Arm M-Profile 架構(gòu)主要包括 Armv6 的 M0，Armv7 的 Cortex-M3、 Cortex-M4 ，Armv8 的 Cortex-M23、 Cortex-M33 、 Cortex-M35 、Cortex-M55 、Cortex-M85，用于通用 MCU 、IoT 物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域；

Arm R-Profile 架構(gòu)主要包括 Armv7 的Cortex- R4、 Cortex-R5、 Cortex-R7、 Cortex-R8，Armv8 的 Cortex-R52 、Cortex-R82，用于實時控制領(lǐng)域。

每個架構(gòu)家族演進既有獨立性又有關(guān)聯(lián)性。目前 A 系列已經(jīng)演化到 Armv9 版本、M 系列演化到 Armv8 版本、R系列演化到 Armv8 版本，下面是每個家族代表性處理器的架構(gòu)。

2.2 六代傳承

Arm 架構(gòu)從 Armv4 到 Armv9 已經(jīng)經(jīng)歷了六個版本；

目前市面活躍的是 Armv7、Armv8、Armv9 三個版本；

各個版本引進/廢棄了不同的功能特性，比如 Armv6 的 Trustzone、 Armv7 的虛擬化，Armv8 的向量擴展 SVE、Armv9 的矩陣擴展 SME 等。

2.3 最新成員

2.3.1 大師兄 Cortex-A710

Cortex-A710 是 Cortex-A78 的增強版，Armv9-A 架構(gòu)的大核架構(gòu)，使用起來和上一代基本相同，新的微架構(gòu)能獲得更好的性能和更低的功耗；增強版的向量計算擴展架構(gòu) SVE2 支持；高級 SIMD&DSP 的 NEON 架構(gòu)支持；兼容 VFPv3 向量浮點的 FPU 浮點架構(gòu)。

2.3.2 二師弟 Cortex-R82

Cortex-R82 是 R 系列最新的處理器，采用 Armv8 架構(gòu)，包含 CoreSgiht MDT、GIC、FPU、TCM、SCU、ACP、AXI-S、AXI-M、LLPP、LLRAM 等微架構(gòu)。

2.3.3 小師妹 Cortex-M85

M85 是 Armv8.1-M 架構(gòu)，包括 MPU、Helium、PMU、CP、FPU、TCM、AHB、DSP、ETM、PACBTI、APH 等微架構(gòu)。

2.4 架構(gòu)宗親

本文講述的 Arm 架構(gòu)指的是通用處理器架構(gòu)，并不包含專業(yè)處理器。除了通用處理器，Arm 還有圖形處理器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器。

2.4.1 圖形處理器單元 GPU

GPU 架構(gòu)分為傳統(tǒng)的 Mali 架構(gòu)和最新的 Immortalis 架構(gòu)兩個分支：

Mali目前一共四代，分別是 Utgard，Midgard，Bifrost 和 Valhall

Immortalis 是新推出的架構(gòu)，以Immortalis-G715 為代表

2.4.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器單元 NPU

Ethos - NPUs 是Arm推出的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機器學習芯片架構(gòu)，包括 U55、U65、 N78，