ARM家族

一、ARM发展史

• ARM的前身为艾康电脑（Acorn），于1978年，于英国剑桥创立。
• 1985年开发出全球第一款商用RISC处理器，即ARM1。
• 1990年艾康电脑财务危机，受苹果和VLSI的投资，分割出独立子公司Advanced RISC Machines (ARM) ，ARM公司正式成立面世。
• 1991年，ARM推出第一款嵌入式RISC处理器，即ARM6。
• 1993年，发布ARM7。
• 1997年，发布ARM9TDMI。
• 1999年，发布ARM9E。
• 2001年，发布ARMv6架构。
• 2002年，发布ARM11微架构。
• 2004年，发布ARMv7架构的Cortex系列处理器，同时推出Cortex-M3。
• 2005年，发布Cortex-A8处理器。
• 2007年，发布Cortex-M1和Cortex-A9。
• 2009年，实现Cortex-A9、发布Cortex-M0。
• 2011年，推出Cortex-A7，ARMv8发布。
• 2012年，开始64位处理器进程。

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二、ARM体系结构

1.ARM是RISC架构

• 常用ARM汇编指令只有二三十条
• ARM是低功耗CPU
• ARM的架构非常适合单片机、嵌入式，尤其是物联网领域；而服务器等高性能领域目前主导还是Intel

2.ARM是统一编址的

• 大部分ARM（M3 M4 M7 M0 ARM9 ARM11 A8 A9等）都是32位架构
• 32位ARM CPU支持的内存少于4G，通过CPU地址总线来访问
• SoC中的各种内部外设通过各自的SFR编程访问，这些SFR的访问方式类似于访问普通内存，这叫IO与内存统一编址。

3.ARM是哈佛结构的

• 常见ARM（除ARM7外）都是哈佛结构的
• 哈佛结构保证了ARM CPU运行的稳定性和安全性，因此ARM适用于嵌入式领域
• 哈佛结构也决定了ARM裸机程序（使用实地址即物理地址）的链接比较麻烦，必须使用复杂的链接脚本告知链接器如何组织程序；对于OS之上的应用（工作在虚拟地址之中）则不需考虑这么多

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三、ARM处理器列表

ARM架构版本号和内核版本号是由ARM确定的，而芯片型号是由半导体公司确定的。

1.架构进化史

2.处理器内核

家族	架构	内核	特色	缓存 (I/D)/MMU	常规 MIPS 于 MHz	应用
ARM1	ARMv1	ARM1		无
ARM2	ARMv2	ARM2	Architecture 2 加入了MUL（乘法）指令	无	4 MIPS @ 8MHz	Acorn Archimedes，Chessmachine
	ARMv2a	ARM250	Integrated MEMC (MMU)，图像与IO处理器。Architecture 2a 加入了SWP和SWPB（置换）指令。	无，MEMC1a	7 MIPS @ 12MHz	Acorn Archimedes
ARM3	ARMv2a	ARM2a	首次在ARM架构上使用处理器缓存	均为4K	12 MIPS @ 25MHz	Acorn Archimedes
ARM6	ARMv3	ARM610	v3 架构首创支援定址32位元的内存（针对26位元）	均为4K	28 MIPS @ 33MHz	Acorn Risc PC 600，Apple Newton
ARM7	ARMv3
ARM7TDMI	ARMv4T	ARM7TDMI(-S)	三级流水线	无	15 MIPS @ 16.8 MHz	Game Boy Advance，Nintendo DS，iPod
		ARM710T		均为8KB, MMU	36 MIPS @ 40 MHz	Acorn Risc PC 700，Psion 5 series，Apple eMate 300
		ARM720T		均为8KB, MMU	60 MIPS @ 59.8 MHz	Zipit
		ARM740T		MPU
	ARMv5TEJ	ARM7EJ-S	Jazelle DBX	无
StrongARM	ARMv4
ARM8	ARMv4
ARM9TDMI	ARMv4T	ARM9TDMI	五级流水线	无
		ARM920T		16KB/16KB, MMU	200 MIPS @ 180 MHz	Armadillo，GP32，GP2X（第一颗内核）, Tapwave Zodiac（Motorola i. MX1）
		ARM922T		8KB/8KB, MMU
		ARM940T		4KB/4KB, MPU		GP2X（第二颗内核）
ARM9E	ARMv5TE	ARM946E-S		可变动，tightly coupled memories, MPU		Nintendo DS，Nokia N-Gage Conexant 802.11 chips
		ARM966E-S		无缓存，TCMs		ST Micro STR91xF，包含Ethernet [1]
		ARM968E-S		无缓存，TCMs
	ARMv5TEJ	ARM926EJ-S	Jazelle DBX	可变动，TCMs, MMU	220 MIPS @ 200 MHz	移动电话：Sony Ericsson（K, W系列）,明基西门子（x65 系列和新版的）
	ARMv5TE	ARM996HS	无振荡器处理器	无缓存，TCMs, MPU
ARM10E	ARMv5TE	ARM1020E	(VFP)，六级流水线	32KB/32KB, MMU
		ARM1022E	(VFP)	16KB/16KB, MMU
	ARMv5TEJ	ARM1026EJ-S	Jazelle DBX	可变动，MMU or MPU
XScale	ARMv5TE	80200/IOP310/IOP315	I/O处理器
		80219			400/600MHz	Thecus N2100
		IOP321			600 BogoMips @ 600 MHz	Iyonix
		IOP33x
		IOP34x	1-2核，RAID加速器	32K/32K L1, 512K L2, MMU
		PXA210/PXA250	应用处理器，七级流水线			Zaurus SL-5600
		PXA255		32KB/32KB, MMU	400 BogoMips @ 400 MHz	Gumstix，Palm Tungsten E2
		PXA26x			可达 400 MHz	Tungsten T3
		PXA27x			800 MIPS @ 624 MHz	HTC Universal、Zaurus SL-C1000、3000、3100、3200、Dell Axim x30、x50和 x51 系列
		PXA800(E)F
		Monahans			1000 MIPS @ 1.25 GHz	Mavell PXA300/PXA310/PXA320, Max frequency : PXA300@624Mhz, PXA310/PXA320@806Mhz
		PXA900				Blackberry 8700, Blackberry Pearl (8100)
		IXC1100	Control Plane Processor
		IXP2400/IXP2800
		IXP2850
		IXP2325/IXP2350
		IXP42x				NSLU2
		IXP460/IXP465
ARM11	ARMv6	ARM1136J(F)-S	SIMD, Jazelle DBX, (VFP)，八级流水线	可变动，MMU	@ 532-665MHz (i.MX31 SoC)	Nokia N93，Zune，Nokia N800
	ARMv6T2	ARM1156T2(F)-S	SIMD, Thumb-2, (VFP)，九级流水线	可变动，MPU
	ARMv6KZ	ARM1176JZ(F)-S	SIMD, Jazelle DBX, (VFP)	可变动，MMU+TrustZone
	ARMv6K	ARM11 MPCore	1-4核对称多处理器，SIMD, Jazelle DBX, (VFP)	可变动，MMU
Cortex-A (32 bit)	ARMv7-A	Cortex-A7			1.75 DMIPS/MHz 1 GHz到1.2GHz	全志a31、MediaTek MT6589,MT6572
		Cortex-A8	Application profile, VFP, NEON, Jazelle RCT, Thumb-2, 13-stage pipeline	可变动 (L1+L2), MMU+TrustZone	2.0 DMIPS/MHz 从600 MHz到超过1 GHz	Texas Instruments OMAP3、Apple A4
		Cortex-A9			2.50 DMIPS @ 1GHz	Apple A5、Apple A5X、MediaTek MT6577,MT6575、Rockchip RK3088,RK3188, VIA Elite-E1000
		Cortex-A12			大约3.00 DMIPS @ 1.4GHz 28nm	预估等同Apple A6、Apple A6X水平。
		Cortex-A15	Thumb-2 TrustZone® NEON DSP & SVFPv4		从3.50 DMIPS到超过4.0 DMIPS @ 从1.4MHz到超过2.5GHz	Tegra 4 Exynos5250
		Cortex-A9 MPCore
Cortex-R	ARMv7-R	Cortex-R4(F)	Embedded profile, (FPU)	可变动缓存，MMU可选配	600 DMIPS	Broadcom is a user
Cortex-M	ARMv7-M	Cortex-M3	Microcontroller profile	无缓存，(MPU)	120 DMIPS @ 100MHz	Luminary Micro[2] 微控制器家族
	ARMv6-M	Cortex-M0
		Cortex-M1
	ARMv7-ME	Cortex-M4		Optional 8 region MPU with sub regions and background region	1.25 DMIPS/MHz
家族	架构	内核	特色	缓存 (I/D)/MMU	常规 MIPS 于 MHz	应用

注：
MIPS(Million Instructions Per Second)：单字长定点指令平均执行速度 Million Instructions Per Second的缩写，每秒处理的百万级的机器语言指令数。这是衡量CPU速度的一个指标。
DMIPS(Dhrystone Million Instructions Per Second)：表示了在Dhrystone这样一种测试方法下的MIPS，Dhrystone是一种整数运算测试程序。
MMU(Memory Management Unit)：内存管理单元，它是中央处理器（CPU）中用来管理虚拟存储器、物理存储器的控制线路，同时也负责虚拟地址映射为物理地址，以及提供硬件机制的内存访问授权，多用户多进程操作系统。
MPU(Memory Protection Unit)：内存保护单元，MPU中一个域就是一些属性值及其对应的一片内存。这些属性包括：起始地址、长度、读写权限以及缓存等。
FPU(Float Point Unit)：浮点运算单元，FPU是专用于浮点运算的处理器。
流水线：流水线（pipeline）技术是指在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术。流水线是Intel首次在486芯片中开始使用的。流水线的工作方式就像工业生产上的装配流水线。在CPU中由5—6个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条X86指令分成5—6步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令，因此提高CPU的运算速度。经典奔腾每条整数流水线都分为四级流水，即取指令、译码、执行、写回结果，浮点流水又分为八级流水。

3.ARM芯片

ARM芯片
ARM架构·ARM处理器内核列表
应用处理器（32-bit）	Cortex-A5	炬力 ATM702x 晶晨 M805/S805 Atmel SAMA5D3 InfoTM iMAPx820, iMAPx15 高通 骁龙 Snapdragon 200 Telechips TCC892x
	Cortex-A7	全志 A2x, A3x, A83T, H3, H8 博通 VideoCore BCM2836, BCM23550 飞思卡尔 QorIQ LS10xx 联芯 LC1813, LC1913 Marvell Armada PXA1920 联发科 MT65xx 高通骁龙 Snapdragon 200, 高通骁龙 Snapdragon 400
	Cortex-A8	全志 A1x 苹果 A4 飞思卡尔 i.MX5x 瑞芯微电子 RK291x 三星 Exynos 3110, S5PC110, S5PV210 Texas Instruments OMAP 3 ZiiLABS ZMS-08
	Cortex-A9	炬力 ATM702x, ATM703x Altera Cyclone V, Arria V/10 晶晨 AML8726, MX, M6x, M801, M802/S802, S812, T866 苹果 A5, A5X 博通 VideoCore BCM21xxx, BCM28xxx 飞思卡尔 i.MX6x 海思 K3V2 InfoTM iMAPx912 联芯科技 LC1810, LC1811 联发科 MT65xx 英伟达 Tegra, 2, 3, 4i 新岸线 NuSmart 2816M, NS115, NS115M 瑞萨科技 EMMA EV2, R-Car H1, RZ/A 瑞芯微电子 RK292x, RK30xx, RK31xx 三星 Exynos 4 爱立信 NovaThor Telechips TCC8803 德州仪器 OMAP 4 VIA 威信科电 WonderMedia WM88x0, 89x0 Xilinx Zynq-7000 ZiiLABS ZMS-20, ZMS-40
	Cortex-A15	海思 K3V3 联发科 MT6599 英伟达 Tegra 4 三星 Exynos 5 德州仪器 OMAP 5 全志科技 A80 瑞萨科技 R-Car H2
	Cortex-A17	联发科 MT6595 瑞芯微电子 RK3288
	ARMv7-A兼容	苹果 A6, A6X 博通 Brahma-B15 Marvell P4J 高通 Snapdragon S1/S2/S3 (Scorpion) 高通 Snapdragon S4 Plus/S4 Pro (Krait) 高通 Snapdragon 600/800 (Krait 300/Krait 400)
应用处理器(64-bit)	Cortex-A53	炬力 S900 全志 A64, H64 Altera Stratix 10 晶晨 S905 EZchip TILE-Mx100 Marvell Armada PXA1928, Mobile PXA1908/PXA1936 联发科 MT673x, MT675x, MT6795, MT8732, MT8752, Helio X10 高通 骁龙 410 瑞芯微电子 RK3368 Xilinx ZynqMP Mi Surge S1
	Cortex-A57	AMD Opteron A1100 飞思卡尔 QorIQ LS20xx 英伟达 Tegra X1 高通 骁龙 808, 810 三星 Exynos 7
	Cortex-A72	联发科 曦力 Helio X20 高通 骁龙 650, 652
	ARMv8-兼容	苹果 A7, A8, A8X, A9, A9X, A10, A10X, A11 Applied Micro X-Gene 三星 Mongoose Cavium ThunderX CN87xx, CN88xx 英伟达 Tegra K1 (Project Denver) 高通 骁龙 820,821,835,845 (Kryo,Kryo 200)
实时微控制器	Cortex-R4F	德州仪器RM4, TMS570
	Cortex-R5F	Scaleo OLEA
微控制器	Cortex-M0	Energy Micro EFM32 Zero NXP LPC1100, LPC1200 意法半导体 STM32 F0
	Cortex-M0+	飞思卡尔 Kinetis L NXP LPC800
	Cortex-M1	Actel FPGAs Altera FPGAs Xilinx FPGAs
	Cortex-M3	Actel SmartFusion, SmartFusion 2 Atmel AT91SAM3 Cypress PSoC 5 Energy Micro EFM32 Tiny, Gecko, Leopard, Giant 富士通 FM3 NXP LPC1300, LPC1700, LPC1800 Silicon Labs Precision32 意法半导体 STM32 F1, F2, L1, W 德州仪器 F28, LM3, TMS470, OMAP 4 东芝 TX03
	Cortex-M4	Atmel AT91SAM4 飞思卡尔 Kinetis K 德州仪器 OMAP 5
	Cortex-M4F	Energy Micro EFM32 Wonder 飞思卡尔 Kinetis K 英飞凌 XMC4000 NXP LPC4000, LPC4300 意法半导体 STM32 F3, F4 德州仪器 LM4F

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参考资料：

• 朱老师物联网大讲堂
• https://zh.wikipedia.org/wiki/ARM處理器內核列表