ARM的架构

　　ARM十几年如一日地开发新的处理器内核和系统功能块。这些包括流行的ARM7TDMI处理器，还有更新的高档产品ARM1176TZ(F)-S处理器，后者能拿去做高档手机。功能的不断进化，处理水平的持续提高，年深日久造就了一系列的ARM架构。要说明的是，架构版本号和名字中的数字并不是一码事。比如，ARM7TDMI是基于ARMv4T架构的(T表示支持“Thumb指令”);ARMv5TE架构则是伴随着ARM9E处理器家族亮相的。ARM9E家族成员包括ARM926E-S和ARM946E-S。ARMv5TE架构添加了“服务于多媒体应用增强的DSP指令”。

　　后来又出了ARM11，ARM11是基于ARMv6架构建成的。基于ARMv6架构的处理器包括ARM1136J(F)-S，ARM1156T2(F)-S，以及ARM1176JZ(F)-S。ARMv6是ARM进化史上的一个重要里程碑：从那时候起，许多突破性的新技术被引进，存储器系统加入了很多的崭新的特性，单指令流多数据流(SIMD)指令也是从v6开始首次引入的。而最前卫的新技术，就是经过优化的Thumb-2指令集，它专为低成本的单片机及汽车组件市场。

　　ARMv6的设计中还有另一个重大的决定：虽然这个架构要能上能下，从最低端的MCU到最高端的“应用处理器”都通吃，但不能因此就这也会，那也会，但就是都不精。仍须定位准确，使处理器的架构能胜任每个应用领域。结果就是，要使ARMv6能够灵活地配置和剪裁。对于成本敏感市场，要设计一个低门数的架构，让她有极强的确定性;另一方面，在高端市场上，不管是要有丰富功能的还是要有高性能的，都要有拿得出手的好东西。

　　最近的几年，基于从ARMv6开始的新设计理念，ARM进一步扩展了它的CPU设计，成果就是ARMv7架构的闪亮登场。在这个版本中，内核架构首次从单一款式变成3种款式。

　　 款式A：设计用于高性能的“开放应用平台”——越来越接近电脑了

　　 款式R：用于高端的嵌入式系统，尤其是那些带有实时要求的——又要快又要实时。

　　 款式M：用于深度嵌入的，单片机风格的系统中——本书的主角。

　　让我们再进距离地考察这3种款式：

　　 款式A(ARMv7-A)：需要运行复杂应用程序的“应用处理器”

　　[译注1]：这里的“应用”尤指大型应用程序，像办公软件，导航软件，网页浏览器等。这些软件的使用习惯和开发模式都很像PC上的软件，但是基本上没有实时要求。 支持大型嵌入式操作系统(不一定实时——译注)，比如Symbian(诺基亚智能手机用)，Linux，以及微软的Windows CE和智能手机操作系统Windows Mobile。这些应用需要劲爆的处理性能，并且需要硬件MMU实现的完整而强大的虚拟内存机制，还基本上会配有Java支持，有时还要求一个安全程序执行环境(用于电子商务——译注)。典型的产品包括高端手机和手持仪器，电子钱包以及金融事务处理机。

　　 款式R(ARMv7-R)：硬实时且高性能的处理器。标的是高端实时[注1]市场。那些高级的玩意，像高档轿车的组件，大型发电机控制器，机器手臂控制器等，它们使用的处理器不但要很好强大，还要极其可靠，对事件的反应也要极其敏捷。

　　 款式M(ARMv7-M)：认准了旧世代单片机的应用而量身定制。在这些应用中，尤其是对于时控制系统，低成本、低功耗、极速中断反应以及高处理效率，都是至关重要的。

　　Cortex系列是v7架构的第一次亮相，其中Cortex-M3就是按款式M设计的。

　　[注1]：通用处理器能否胜任实时系统的控制，常遭受质疑，并且在这方面的争论从没停止过。从定义的角度讲，“实时”就是指系统必须在给定的死线(deadline，亦称作“最后期限”)内做出响应。在一个以ARM处理器为核心的系统中，决定能否达到“实时”这个目标的，有很多因素，包括是否使用“实时操作系统”，中断延迟，存储器延时，以及当时处理器是否在运行更高优先级的中断服务例程。

　　本文认准了Cortex-M3就一猛子扎下去。到目前为止，Cortex-M3也是款式M中被抚养成人的独苗。其它Cortex家族的处理器包括款式A的Cortex-A8(应用处理器)，款式R的Cortex-R4(实时处理器)。

　　ARMv7-M的私房秘密都记录在《The ARMv7-M Architecture Application Level Reference Manual》中(本书也讲了很多“System Level”的内容——译注)，ARM已经将其公开。《Cortex M3 Technical Reference Manual》中则记录了实现v7-M时的很多细节和花絮。又因 为v7M中列出的指令有一些是可选的，而CM3裁掉了一部分，所以在这个文档中重新列出了被CM3支持的指令集。