arm內(nèi)核全解析_arm內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)分類介紹

ARM處理器是英國Acorn有限公司設(shè)計的低功耗成本的第一款RISC微處理器。全稱為Advanced RISC Machine。ARM處理器本身是32位設(shè)計，但也配備16位指令集，一般來講比等價32位代碼節(jié)省達(dá)35%，卻能保留32位系統(tǒng)的所有優(yōu)勢。

ARM內(nèi)核特點(diǎn)

ARM處理器為RISC芯片，其簡單的結(jié)構(gòu)使ARM內(nèi)核非常小，這使得器件的功耗也非常低。它具有經(jīng)典RISC的特點(diǎn)：

* 大的、統(tǒng)一的寄存器文件；

* 簡單的尋址模式；

* 統(tǒng)一和固定長度的指令域，3地址指令格式，簡化了指令的譯碼。編譯開銷大，盡可能優(yōu)化，采用三地址指令格式、較多寄存器和對稱的指令格式便于生成優(yōu)化代碼；

* 單周期操作，ARM指令系統(tǒng)中的指令只需要執(zhí)行簡單的和基本的操作，因此其執(zhí)行過程在一個機(jī)器周期內(nèi)完成；

* 固定的32位長度指令，指令格式固定為32位長度，這樣使指令譯碼結(jié)構(gòu)簡單，效率提高；

* 采用指令流水線技術(shù)。

ARM內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)

ARM架構(gòu)自誕生至今，已經(jīng)發(fā)生了很大的演變，至今已定義了7種不同的版本：

V1版架構(gòu)：該架構(gòu)只在原型機(jī)ARM1出現(xiàn)過，其基本性能包括基本的數(shù)據(jù)處理指令（無乘法）、字節(jié)、半字和字的Load/Store指令、轉(zhuǎn)移指令，包括子程序調(diào)用及鏈接指令、軟件中斷指令、尋址空間64MB。

V2版架構(gòu)：該版架構(gòu)對V1版進(jìn)行了擴(kuò)展，如ARM2與ARM3（V2a版）架構(gòu)，增加的功能包括乘法和乘加指令、支持協(xié)處理器操作指令、快速中斷模式、SWP/SWPB的最基本存儲器與寄存器交換指令、尋址空間64MB。

V3版架構(gòu)：該版對ARM體系結(jié)構(gòu)作了較大的改動，把尋址空間增至32位（4GB），增加了當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器CPSR和程序狀態(tài)保存寄存器 SPSR以便于異常處理。增加了中止和未定義2種處理器模式。ARM6就采用該版結(jié)構(gòu)。指令集變化包括增加了MRS/MSR指令，以訪問新增的CPSR /SPSR寄存器、增加了從異常處理返回的指令功能。

V4版架構(gòu)：V4版結(jié)構(gòu)是目前最廣泛應(yīng)用的ARM體系結(jié)構(gòu)，對V3版架構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步擴(kuò)充，有的還引進(jìn)了16位的Thumb指令集，使ARM使用更加靈活。ARM7、ARM9和StrongARM都采用了該版結(jié)構(gòu)。其指令集中增加的功能包括符號化和非符號化半字及符號化字節(jié)的存/取指令、增加了16 位Thumb指令集、完善了軟件中斷SWI指令的功能、處理器系統(tǒng)模式引進(jìn)特權(quán)方式時使用用戶寄存器操作、把一些未使用的指令空間捕捉為未定義指令。

V5版架構(gòu)：在V4版基礎(chǔ)上增加了一些新的指令。ARM10和XScale都采用該版架構(gòu)。這些新增指令有帶有鏈接和交換的轉(zhuǎn)移BLX指令、計數(shù)前導(dǎo)零計數(shù)CLZ指令、BRK中斷指令、增加了信號處理指令（V5TE版）、為協(xié)處理器增加更多可選擇的指令。

V6版架構(gòu)：ARM體系架構(gòu)V6是2001年發(fā)布的?；咎攸c(diǎn)包括100%與以前的體系兼容、SIMD媒體擴(kuò)展，使媒體處理速度快1.75倍、改進(jìn)了的內(nèi)存管理，使系統(tǒng)性能提高30%、改進(jìn)了的混合端（Endian）與不對齊數(shù)據(jù)支持，使得小端系統(tǒng)支持大端數(shù)據(jù)（如TCP/IP），許多RTOS是小端的、為實(shí)時系統(tǒng)改進(jìn)了中斷響應(yīng)時間，將最壞情況下的35周期改進(jìn)到了11個周期。

V7版架構(gòu)：ARM體系架構(gòu)V7是2005年發(fā)布的。它使用了能夠帶來更高性能、功耗效率和代碼密度的Thumb-2技術(shù)。它首次采用了強(qiáng)大的信號處理擴(kuò)展集，對H.264和MP3等媒體編解碼提供加速。Cortex-M3處理器采用的就是V7版的結(jié)構(gòu)。

ARM處理器核使用的體系結(jié)構(gòu)如下表所示。

ARM核心采用的體系結(jié)構(gòu)

ARM 內(nèi)核分類

ARM 微處理器目前包括下面幾個系列，以及其它廠商基于 ARM 體系結(jié)構(gòu)的處理器，除了具有

ARM 體系結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)以外，每一個系列的 ARM 微處理器都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。

－ ARM7 系列

－ ARM9 系列

－ ARM9E 系列

－ ARM10E 系列

－ ARM11系列

－ Cortex 系列

－ SecurCore 系列

－ OptimoDE Data Engines

－ Intel的Xscale

－ Intel的StrongARM ARM11系列

其中，ARM7、ARM9、ARM9E 和 ARM10 為4 個通用處理器系列，每一個系列提供一套相對獨(dú)特的性能來滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。SecurCore 系列專門為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計。

Axxia 4500通信處理器基于采用28納米工藝的ARM 4核Cortex-A15處理器，并搭載ARM全新CoreLink CCN-504高速緩存一致性互連技術(shù)，實(shí)現(xiàn)安全低功耗和最佳性能。

ARM公司在經(jīng)典處理器ARM11以后的產(chǎn)品改用Cortex命名，并分成A、R和M三類，旨在為各種不同的市場提供服務(wù)。