ARM版本系列及家族成员梳理_处置器_指令

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原文：

https://www.cnblogs.com/QLinux/articles/2498084.html

本文对ARM处理器家族成员做了个梳理归纳，

ARM公司简介

ARM是Advanced RISC Machines的缩写，它是一家微处理器行业的有名企业，该企业设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC （精简指令集）处理器。
1985年第一个ARM原型在英国剑桥出身。

公司的特点是只设计芯片，而不生产。
它供应ARM技能知识产权（IP）核，将技能授权给天下上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，并供应做事。
有ARM7/ARM9等多个版本。
除了一些Unix图形事情站外，大多数ARM核心的处理器都利用在嵌入式领域。

ARM，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技能的名字。

ARM版本Ⅰ：V1版架构。

该版架构只在原型机ARM1涌现过，只有26位的寻址空间，没有用于商业产品。

其基本性能有:

ARM版本Ⅱ： V2版架构

该版架构对V1版进行了扩展，例如ARM2和ARM3（V2a）架构。
包含了对32位乘法指令和协处理器指令的支持。
版本2a是版本2的变种，ARM3芯片采取了版本2a，是第一片采取片上Cache的ARM处理器。
同样为26位寻址空间，现在已经废弃不再利用。

V2版架构与版本V1比较，增加了以下功能：

ARM版本Ⅲ ： V3版架构

ARM作为独立的公司，在1990年设计的第一个微处理器采取的是版本3的ARM6。
它作为IP核、独立的处理器、具有片上高速缓存、MMU和写缓冲的集成CPU。
变种版本有3G和3M。
版本3G是不与版本2a向前兼容的版本3，版本3M引入了有符号和无符号数乘法和乘加指令，这些指令产生全部64位结果。

V3版架构（ 目前已废弃 ）对ARM体系构做作了较大的改动：

ARM版本Ⅳ ： V4版架构

V4版架构在V3版上作了进一步扩充，V4版架构是目前运用最广的ARM体系构造，ARM7、ARM8、ARM9和StrongARM都采取该架构。
V4不再逼迫哀求与26位地址空间兼容，而且还明确了哪些指令会引起未定义指令非常。

指令集中增加了以下功能：

ARM版本Ⅴ ： V5版架构

V5版架构是在V4版根本上增加了一些新的指令，ARM10和Xscale都采取该版架构。

这些新增命令有：

ARM版本Ⅵ ： V6版架构

V6版架构是2001年发布的，首先在2002年春季发布的ARM11处理器中利用。
在降落耗电量的同时，还强化了图形处理性能。
通过追加有效进行多媒体处理的SIMD(Single Instruction, Multiple Data，单指令多数据 )功能，将语音及图像的处理功能提高到了原型机的4倍。

此架构在V5版根本上增加了以下功能：

ARM版本ⅤⅡ：V7版架构

V7架构是在ARMv6架构的根本上出身的。
该架构采取了Thumb-2技能,它是在ARM的Thumb代码压缩技能的根本上发展起来的, 并且保持了对现存ARM办理方案的完全的代码兼容性。

Thumb-2技能比纯32位代码少利用31％的内存,减小了系统开销。
同时能够供应比已有的基于Thumb技能的办理方案赶过38％的性能。

ARMv7架构还采取了NEON技能,将DSP和媒体处理能力提高了近4倍 , 并支持改良的浮点运算, 知足下一代3D图形、游戏物理运用以及传统嵌入式掌握运用的需求。
此外,ARMv7还支持改良的运行环境,以迎合不断增加的JIT(Just In Time)和DAC(DynamicAdaptive Compilation)技能的利用。

ARM版本ⅤⅢ：V8版架构

v8架构是在32位ARM架构上进行开拓的，将被首先用于对扩展虚拟地址和64位数据处理技能有更高哀求的产品领域，如企业运用、高档消费电子产品。

ARMv8架构包含两个实行状态：AArch64和AArch32。
AArch64实行状态针对64位处理技能，引入了一个全新指令集A64；而AArch32实行状态将支持现有的ARM指令集。

目前的ARMv7架构的紧张特性都将在ARMv8架构中得以保留或进一步拓展，如：TrustZone技能、虚拟化技能及NEON advanced SIMD技能，等。

ARM微处理器核心以及体系构造的发展历史

1．ARM7处理器

ARM7处理器采取了ARMV4T（冯·诺依曼）体系构造，这种体系构造将程序指令存储器和数据存储器合并在 一起。
紧张特点便是程序和数据共用一个存储空间，程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，采取单一的地址及数据总线，程序指令和 数据的宽度相同。

这样，处理器在实行指令时，必须先从存储器中取出指令进行译码，再取操作数实行运算。
总体来说ARM7体系构造具有三级流水、空间统一的指令与数据Cache、均匀功耗为0.6mW/MHz、时钟速率为66MHz、每条指令均匀实行1.9个时钟周期等特性。

个中的ARM710、ARM720和ARM740为内带Cache的ARM核。
ARM7指令集同Thumb指令集扩展组合在一起，可以减少内存容量和系统本钱。
同时，它还利用嵌入式ICE调试技能来简化系统设计，并用一个DSP增强扩展来改进性能。

ARM7体系构造是小型、快速、低能耗、集成式的RISC内核构造。
该产品的范例用场是数字蜂窝电话和硬盘驱动器等，目前主流的ARM7内核是ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM7EJ-S、ARM720T。
现在市场上用得最多的ARM7处理器有Samsung公司的S3C44BOX与S3C4510处理器、Atmel公司的AT91FR40162系列处理器、Cirrus公司的EP73xx系列等。

常日来说前两三年大部分手机基带部分的运用场置器基本上都以ARM7为主。
还有很多的通信模块，如CDMA模块、GPRS模块和GPS模块中都含有ARM7处理器。

2．ARM9、ARM9E处理器

ARM9处理器采取ARMV4T（哈佛）体系构造。
这种体系构造是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器构造，是一种并行体系构造。

其紧张特点是程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器。
它们是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。
与两个存储器相对应的是系统中的4套总线，程序的数据总线和地址总线，数据的数据总线和地址总线。
这种分离的程序总线和数据总线可许可在一 个机器周期内同时获取指令字和操作数，从而提高了实行速率，使数据的吞吐量提高了一倍。

又由于程序和数据存储器在两个分开的物理空间中，因而取指和实行能完备重叠。
ARM9采取五级流水处理及分离的Cache构造，均匀功耗为0.7mW/MHz。
时钟速率为120MHz~200MHz，每条指令均匀实行1.5个时钟周期。

与ARM7处理器系列相似，个中的ARM920、ARM940和ARM9E处理器均为含有Cache的CPU核，性能为132MIPS（120MHz时钟，3.3V供电）或220MIPS（200MHz时钟）。
ARM9处理器同时也配备Thumb指令扩展、调试和Harvard总线。

在生产工艺相同的情形下，性能是ARM7TDMI处理器的两倍之多。
常用于无线设备、仪器仪表、联网设备、机顶盒设备、高端打印机及数码相机运用中。
ARM9E内核是在ARM9内核的根本上增加了紧密耦合存储器TCM及DSP部分。

目前主流的ARM9内核是ARM920T、ARM922T、ARM940。
干系的处理器芯片有Samsung公司的S3C2510、Cirrus公司的EP93xx系列等。
主流的ARM9E内核是ARM926EJ-S、ARM946E-S、ARM966E-S等。

目前市场上常见的PDA，比如说PocketPC中一样平常都是用ARM9处理器，个中以Samsung公司的S3C2410处理器居多。

3．ARM10E处理器

ARM10E处理器采取ARMVST体系构造，可以分为六级流水处理，采取指令与数据分离的Cache构造， 均匀功耗1000mW，时钟速率为300MHz，每条指令均匀实行1.2个时钟周期。

ARM10TDMI与所有ARM核在二进制级代码中兼容，内带高速32×16 MAC，预留DSP协处理器接口。
个中的VFP10（向量浮点单元）为七级流水构造。
个中的ARM1020T处理器则是由ARMl0TDMI、32KB指 令、数据Caches及MMU部分构成的。

其系统时钟高达300MHz时钟，指令Cache和数据Cache分别为32KB，数据宽度为64位，能够支持 多种商用操作系统，适用于下一代高性能手持式因特网设备及数字式消费类运用。
主流的ARM10内核是ARM1020E、ARM1022E、ARM1026EJ-S等。

4．SecurCore处理器

SecurCore系列处理器供应了基于高性能的32位RISC技能的安全办理方案，该系列处理用具有体积 小、功耗低、代码密度大和性能高档特点。

其余最为特殊的便是该系列处理器供应了安全办理方案的支持。
采取软内核技能，以供应最大限度的灵巧性，以及防止外部对其进行扫描探测，供应面向智能卡的和低本钱的存储保护单元MPU，可以灵巧地集成用户自己的安全特性和其他的协处理器，目前含有SC100、SC110、SC200、SC210 4种产品。

5．StrongARM处理器

StrongARM处理器采取ARMV4T的五级流水体系构造。
目前有SA110、SA1100、SA1110等3个版本。

其余Intel公司的基于ARMv5TE体系构造的XScale PXA27x系列处理器，与StrongARM比较增加了I/D Cache，并且加入了部分DSP功能，更适宜于移动多媒体运用。

目前市场上的大部分智好手机的核心处理器便是XScale系列处理器。

6．ARM11处理器

ARM11系列微处理器是ARM公司近年推出的新一代RISC处理器，它是ARM新指令架构——ARMv6的第一代设计实现。
该系列紧张有ARM1136J，ARM1156T2和ARM1176JZ三个内核型号，分别针对不同运用领域。

ARM11处理器系列可以在利用130nm代工厂技能、小至2.2mm2芯片面积和低至0.24mW/MHz的条件下达到高达500MHz的性能表现。

ARM11处理器系列以浩瀚消费产品市场为目标，推出了许多新的技能，包括针对媒体处理 的SIMD，用以提高安全性能的TrustZone技能，智能能源管理（IEM），以及须要非常高的、可升级的超过2600 Dhrystone 2.1 MIPS性能的系统多处理技能。

紧张的ARM11处理器有ARM1136JF-S、ARM1156T2F-S、ARM1176JZF-S、ARM11 MCORE等多种。

7．Cortex系列处理器

ARM Cortex-M系列支持Thumb-2指令集(Thumb指令集的扩展集),可以实行所有已存的为早期处理器编写的代码。
通过一个前向的转换办法,为ARM Cortex-M系列处理器所写的用户代码可以与ARM Cortex-R系列微处理器完备兼容。

ARMCortex-M系列系统代码(如实时操作系统)可以很随意马虎地移植到基于ARM Cortex-R系列的系统上。

ARMCortex-A和Cortex-R系列处理器还支持ARM 32位指令集,向后完备兼容早期的ARM处理器,包括从1995年发布的ARM7TDMI处理器到2002年发布的ARMll处理器系列。

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