一文读懂ARM技术架构

jackywang

[paragraph]ARM的设计是全球大多数移动设备处理器的基础。各大手机芯片，包括高通骁龙、Apple A系列、华为麒麟芯片、三星Exynos，等它们的底层均是ARM的技术。

1991 年ARM 公司成立于英国剑桥，在成立后的那几年，ARM业绩平平，工程师们也人心惶惶，害怕随时都会失业。在这个情况下，ARM决定改变他们的产品策略——他们不再生产芯片，转而以授权的方式，将芯片设计方案转让给其他公司，即“Partnership”开放模式。

没想到正是这种模式，开创了属于ARM的全新时代。

ARM所采取的是IP(Intellectual Property，知识产权)授权的商业模式，收取一次性技术授权费用和版税提成。

具体来说，ARM有三种授权方式：处理器、POP以及架构授权。

处理器授权是指授权合作厂商使用ARM设计好的处理器，对方不能改变原有设计，但可以根据自己的需要调整产品的频率、功耗等。

POP(processor optimization pack，处理器优化包)授权是处理器授权的高级形式， ARM出售优化后的处理器给授权合作厂商，方便其在特定工艺下设计、生产出性能有保证的处理器。

架构授权是ARM会授权合作厂商使用自己的架构，方便其根据自己的需要来设计处理器(例如后来高通的Krait架构和苹果的Swift架构，就是在取得ARM的授权后设计完成的)。所以，授权费和版税就成了ARM的主要收入来源。除此之外，就是软件工具和技术支持服务的收入。

ARM 微处理器的应用领域及特点

ARM处理器市场覆盖率最高、发展趋势广阔，基于ARM技术的32位微处理器，市场的占有率目前已达到80%。绝大多数IC制造商都推出了自己的ARM结构芯片。我国的中兴集成电路、大唐电讯、华为海思、中芯国际和上海华虹，以及国外的一些公司如德州仪器、意法半导体、Philips、Intel、Samsung等都推出了自己设计的基于ARM核的处理器。

工业控制领域：作为32 的RISC 架构，基于ARM 核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM 微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8 位/16 位微控制器提出了挑战。

无线通讯领域：目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM 技术， ARM 以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。

网络设备：随着宽带技术的推广，采用ARM 技术的ADSL 芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM 在语音及视频处理上进行了优化，并获得广泛支持，也对DSP 的应用领域提出了挑战。

消费类电子产品：ARM 技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。

成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM 技术。手机中的32位SIM 智能卡也采用了ARM 技术。

ARM处理器的特点：

1、体积小、低功耗、低成本、高性能;

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

3、大量使用寄存器，指令执行速度更快;

4、大多数数据操作都在寄存器中完成;

5、寻址方式灵活简单，执行效率高;

6、指令长度固定;

ARM相关的几个重要概念

冯·诺依曼体系

结构模型：

冯·诺依曼体系的特点：

1、数据与指令都存储在同一存储区中，取指令与取数据利用同一数据总线。

2、被早期大多数计算机所采用。

3、ARM7——冯诺依曼体系结构简单,但速度较慢。取指不能同时取数据。

哈佛体系结构模型：

结构特点：

1、程序存储器与数据存储器分开.

2、提供了较大的存储器带宽，各自有自己的总线。

3、适合于数字信号处理.

4、大多数DSP都是哈佛结构.

5、ARM9是哈佛结构，取指和取数在同一周期进行，提高速度，改进哈佛体系结构分成三个存储区：程序、数据、程序和数据共用。

CISC复杂指令集(Complex Instruction Set Computer)

特点：

1、具有大量的指令和寻址方式

2、8/2原则：80%的程序只使用20%的指令

3、大多数程序只使用少量的指令就能够运行。

4、CISC CPU 包含有丰富的单元电路，因而功能强、面积大、功耗大。

RISC精简指令集(Reduced Instruction Set Computer)

特点：

1、在通道中只包含最有用的指令,只提供简单的操作。

2、确保数据通道快速执行每一条指令。

3、Load-store结构—— 处理器只处理寄存器中的数据，load-store指令用来完成数据在寄存器和外部存储器之间的传送。

4、使CPU硬件结构设计变得更为简单， RISC CPU包含较少的单元电路，因而面积小、功耗低。

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