一文讀懂ARM技術(shù)架構(gòu)

據(jù)BBC報(bào)道稱，其最近獲得的內(nèi)部文件顯示，英國(guó)芯片設(shè)計(jì)公司ARM已經(jīng)告訴員工，必須暫停與華為的業(yè)務(wù)往來(lái)。在文件中，ARM指示員工暫停與華為及其子公司的“所有有效合同、支持津貼，以及任何尚未簽訂的合約”，以遵守美國(guó)最近的一項(xiàng)貿(mào)易限制措施。

一位分析師表示，如果這一行動(dòng)長(zhǎng)期執(zhí)行下去，對(duì)于華為來(lái)說(shuō)，將是一個(gè)“不可逾越”的打擊。

他說(shuō)，這將極大地影響華為開(kāi)發(fā)自己的芯片的能力。因?yàn)?，華為旗下海思設(shè)計(jì)的許多芯片目前都是使用ARM的基礎(chǔ)技術(shù)制造的，并需要為此支付專(zhuān)利許可費(fèi)用。

ARM的設(shè)計(jì)是全球大多數(shù)移動(dòng)設(shè)備處理器的基礎(chǔ)。各大手機(jī)芯片，包括高通驍龍、Apple A系列、華為麒麟芯片、三星Exynos，等它們的底層均是ARM的技術(shù)。

1991 年ARM 公司成立于英國(guó)劍橋，在成立后的那幾年，ARM業(yè)績(jī)平平，工程師們也人心惶惶，害怕隨時(shí)都會(huì)失業(yè)。在這個(gè)情況下，ARM決定改變他們的產(chǎn)品策略——他們不再生產(chǎn)芯片，轉(zhuǎn)而以授權(quán)的方式，將芯片設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)讓給其他公司，即“Partnership”開(kāi)放模式。

沒(méi)想到正是這種模式，開(kāi)創(chuàng)了屬于ARM的全新時(shí)代。

ARM所采取的是IP(Intellectual Property，知識(shí)產(chǎn)權(quán))授權(quán)的商業(yè)模式，收取一次性技術(shù)授權(quán)費(fèi)用和版稅提成。

具體來(lái)說(shuō)，ARM有三種授權(quán)方式：處理器、POP以及架構(gòu)授權(quán)。

處理器授權(quán)是指授權(quán)合作廠商使用ARM設(shè)計(jì)好的處理器，對(duì)方不能改變?cè)性O(shè)計(jì)，但可以根據(jù)自己的需要調(diào)整產(chǎn)品的頻率、功耗等。

POP(processor optimization pack，處理器優(yōu)化包)授權(quán)是處理器授權(quán)的高級(jí)形式， ARM出售優(yōu)化后的處理器給授權(quán)合作廠商，方便其在特定工藝下設(shè)計(jì)、生產(chǎn)出性能有保證的處理器。

架構(gòu)授權(quán)是ARM會(huì)授權(quán)合作廠商使用自己的架構(gòu)，方便其根據(jù)自己的需要來(lái)設(shè)計(jì)處理器(例如后來(lái)高通的Krait架構(gòu)和蘋(píng)果的Swift架構(gòu)，就是在取得ARM的授權(quán)后設(shè)計(jì)完成的)。所以，授權(quán)費(fèi)和版稅就成了ARM的主要收入來(lái)源。除此之外，就是軟件工具和技術(shù)支持服務(wù)的收入。

ARM 微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn)

ARM處理器市場(chǎng)覆蓋率最高、發(fā)展趨勢(shì)廣闊，基于ARM技術(shù)的32位微處理器，市場(chǎng)的占有率目前已達(dá)到80%。絕大多數(shù)IC制造商都推出了自己的ARM結(jié)構(gòu)芯片。我國(guó)的中興集成電路、大唐電訊、華為海思、中芯國(guó)際和上海華虹，以及國(guó)外的一些公司如德州儀器、意法半導(dǎo)體、Philips、Intel、Samsung等都推出了自己設(shè)計(jì)的基于ARM核的處理器。

工業(yè)控制領(lǐng)域：作為32 的RISC 架構(gòu)，基于ARM 核的微控制器芯片不但占據(jù)了高端微控制器市場(chǎng)的大部分市場(chǎng)份額，同時(shí)也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展，ARM 微控制器的低功耗、高性價(jià)比，向傳統(tǒng)的8 位/16 位微控制器提出了挑戰(zhàn)。

無(wú)線通訊領(lǐng)域：目前已有超過(guò)85%的無(wú)線通訊設(shè)備采用了ARM 技術(shù)， ARM 以其高性能和低成本，在該領(lǐng)域的地位日益鞏固。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用ARM 技術(shù)的ADSL 芯片正逐步獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。此外，ARM 在語(yǔ)音及視頻處理上進(jìn)行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，也對(duì)DSP 的應(yīng)用領(lǐng)域提出了挑戰(zhàn)。

消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品：ARM 技術(shù)在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機(jī)頂盒和游戲機(jī)中得到廣泛采用。

成像和安全產(chǎn)品：現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機(jī)和打印機(jī)中絕大部分采用ARM 技術(shù)。手機(jī)中的32位SIM 智能卡也采用了ARM 技術(shù)。

ARM處理器的特點(diǎn)：

1、體積小、低功耗、低成本、高性能;

2、支持Thumb(16 位)/ARM(32 位)雙指令集，能很好的兼容8 位/16 位器件;

3、大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快;

4、大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成;

5、尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高;

6、指令長(zhǎng)度固定;

ARM相關(guān)的幾個(gè)重要概念

馮·諾依曼體系

結(jié)構(gòu)模型：

馮·諾依曼體系的特點(diǎn)：

1、數(shù)據(jù)與指令都存儲(chǔ)在同一存儲(chǔ)區(qū)中，取指令與取數(shù)據(jù)利用同一數(shù)據(jù)總線。

2、被早期大多數(shù)計(jì)算機(jī)所采用。

3、ARM7——馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但速度較慢。取指不能同時(shí)取數(shù)據(jù)。

哈佛體系結(jié)構(gòu)模型：

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

1、程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi).

2、提供了較大的存儲(chǔ)器帶寬，各自有自己的總線。

3、適合于數(shù)字信號(hào)處理.

4、大多數(shù)DSP都是哈佛結(jié)構(gòu).

5、ARM9是哈佛結(jié)構(gòu)，取指和取數(shù)在同一周期進(jìn)行，提高速度，改進(jìn)哈佛體系結(jié)構(gòu)分成三個(gè)存儲(chǔ)區(qū)：程序、數(shù)據(jù)、程序和數(shù)據(jù)共用。

CISC復(fù)雜指令集(Complex Instruction Set Computer)

特點(diǎn)：

1、具有大量的指令和尋址方式

2、8/2原則：80%的程序只使用20%的指令

3、大多數(shù)程序只使用少量的指令就能夠運(yùn)行。

4、CISC CPU 包含有豐富的單元電路，因而功能強(qiáng)、面積大、功耗大。

RISC精簡(jiǎn)指令集(Reduced Instruction Set Computer)

特點(diǎn)：

1、在通道中只包含最有用的指令,只提供簡(jiǎn)單的操作。

2、確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令。

3、Load-store結(jié)構(gòu)—— 處理器只處理寄存器中的數(shù)據(jù)，load-store指令用來(lái)完成數(shù)據(jù)在寄存器和外部存儲(chǔ)器之間的傳送。

4、使CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得更為簡(jiǎn)單， RISC CPU包含較少的單元電路，因而面積小、功耗低。