嵌入式1-ARM学习(一)

ARM的发展

  • ARM的前身为艾康电脑(Acorn),于1978年,于英国剑桥创立。
  • 1985年,Roger Wilson和Steve Furber设计了他们自己的第一代32位、6MHz的处理器,用它做出了一台RISC指令集的计算机,简称ARM(Acorn RISC Machine)。这就是第一代ARM处理器 ARM1。
  • 1990年艾康电脑财务危机, Acorn 被 Olivetti 收购,ARM被分拆出来独立成为一家处理器公司。由苹果公司出资150万英镑,芯片厂商 VLSI 出资25万英镑,Acorn 本身则以150万英镑的知识产权和12名工程师入股。公司的办公地点非常简陋,就是一个谷仓。
  • 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
  • 2010年,推出Cortex-M4、成立Linaro,推出Cortex-A15 MPcore高性能处理器
  • 2011年,推出Cortex-A7,ARMv8发布
  • 2012年,开始64位处理器进程
  • 2013年,发布Cortex-A12处理器,推出Big.LITTLE架构,同时运行高性能和低功耗任务
  • 2014年,发布Cortex-A17处理器,用于中高端移动设备
  • 2015年,发布Cortex-A53和Cortex-A57处理器,作为ARMv8-A架构的64位处理器
  • 2016年,软银集团以320亿美元收购ARM,成为ARM的母公司
  • 2017年,发布Cortex-A35和Cortex-A73处理器
  • 2018年,发布Cortex-A55和Cortex-A75处理器,推出Cortex-M35P和Cortex-M33处理器
  • 2019年,发布Cortex-A76和Cortex-A77处理器
  • 2020年,发布Cortex-A78处理器,推出Cortex-M55处理器和Ethos-N78 NPU
  • 2021年,推出Cortex-X1处理器,用于高性能移动设备,发布Cortex-A710和Cortex-A510处理器
  • ......

ARM的商业模式

  • 在ARM公司成立之前,半导体行业像Intel、AMD、Motorola、Zilog、VIA等公司都是自己设计、生产、销售芯片的。
  • ARM公司将芯片的设计生产给分开了,ARM专门进行芯片的设计(处理器架构和CPU设计),不进行生产销售。
  • ARM的核心业务是授权其处理器和其他相关的知识产权(IP)给半导体公司和系统集成商。ARM将其处理器架构和技术许可给合作伙伴,让他们可以基于ARM的设计开发定制的处理器芯片。合作伙伴需要支付IP许可费用和版税,以获得使用ARM技术的权利。

ARM的型号命名问题

刚开始接触时分不清版本号,有时候感觉有点乱。ARM的命名规则是根据处理器架构、SoC版本和具体芯片型号进行组合命名的,以准确标识处理器的基本架构和特定的产品。ARM的命名规则如下:

  1. ARM内核版本号:用于标识处理器的基本架构和指令集。例如,ARMv7表示第7代ARM架构。
  2. ARM SoC版本号:用于标识特定的系统芯片(SoC),它是在ARM内核基础上进行定制和优化的。例如,Cortex-A8是基于ARMv7架构的一个具体SoC版本。
  3. 芯片型号:特定类型的SoC通常会有自己的型号名。例如,S5PV210是三星电子基于Cortex-A8架构开发的一个芯片型号。
  • ARM内核版本号            ARMv7
  • ARM SoC版本号           Cortex-A8
  • 芯片型号                        S5PV210
  • ARM内核版本号和SoC版本号是由ARM确定的,而SoC型号是由半导体公司确定的。
  • Cortex系列后ARM产品线分割成3个系列,这个是市场细分的需要和选择。
  • ARM已经发布了一些64位架构如A53等,主要面向高性能服务器类应用。
  • ARM下一步重点发展方向是Cortex-M7,特点是低功耗,主要面向物联网终端。

内核(架构)版本

处理器版本

ARMv1

ARM1

ARMv2

ARM2、ARM3

ARMv3

ARM6、ARM7

ARMv4

StrongARM、ARM7TDMI、ARM9TDMI

ARMv5

ARM7EJ、ARM9E、ARM10E、XScale

ARMv6

ARM11、ARM Cortex-M

ARMv7

Cortex-A系列:如Cortex-A7、Cortex-A9、Cortex-A15等

Cortex-R系列:如Cortex-R4、Cortex-R5等

Cortex-M系列:如Cortex-M3、Cortex-M4等

                         

                         ARMv8

Cortex-A系列:如Cortex-A53、Cortex-A57等
Cortex-R系列:如Cortex-R8等
Cortex-M系列:如Cortex-M23、Cortex-M33等

从第7代架构开始,ARM产品线分割成3个系列(Cortex-A系列、Cortex-R系列、Cortex-M系列),这个是市场细分的需要和选择:

  • Cortex-A系列,面向高性能应用处理器的架构;
  • Cortex-R系列,面向实时应用处理器的架构;
  • Cortex-M系列,面向嵌入式微控制器的架构。

SoC和CPU

SoC(System-on-a-Chip)和CPU(Central Processing Unit)是计算机领域中常见的两个术语,它们之间有一些区别和联系。

CPU(中央处理器)是计算机系统的核心组件,它负责执行指令集并处理数据。CPU通常由多个核心(单核或多核)组成,每个核心都可以执行指令并进行计算。CPU的功能包括执行算术逻辑运算、控制和协调计算机的操作。

SoC(片上系统)是一种集成度很高的芯片,它将多个功能模块集成在一个芯片上,包括CPU、内存控制器、图形处理器、电源管理、存储器接口等。SoC通常还集成了其他外设如无线网络、摄像头接口、音频接口等,以便实现更完整的计算和通信功能。实际就是在CPU的基础上增加了外设并且集中到一个芯片中。

  • 现在已经没有纯粹的CPU了,都是SoC
  • ARM出卖的内核其实就是CPU(当然还需要总线),各种外设是半导体厂商自己添加的。

目前主要的半导体厂商

  1. 英特尔(Intel):作为全球最大的半导体公司之一,英特尔主要生产x86架构的处理器,如Intel Core系列和Xeon系列。它们用于个人电脑、服务器和数据中心等应用领域。

  2. AMD(Advanced Micro Devices):AMD是英特尔的主要竞争对手,也是一家知名的半导体公司。AMD生产x86架构的处理器,如AMD Ryzen和AMD EPYC系列。它们提供性能强劲的处理能力,适用于个人电脑、工作站和服务器。

  3. ARM(Arm Holdings):ARM是一家英国的半导体设计公司,专注于低功耗的ARM架构处理器设计。它们的处理器广泛应用于移动设备、物联网以及嵌入式系统等领域。ARM提供的处理器核心设计包括Cortex-A系列(高性能应用处理器)、Cortex-R系列(实时处理器)和Cortex-M系列(微控制器)。

  4. 高通(Qualcomm):高通是一家全球领先的无线通信技术公司,也是一家重要的半导体厂商。高通的产品主要包括移动处理器,如Snapdragon家族,广泛应用于智能手机和移动设备。

  5. 三星(Samsung):三星是一家韩国的综合性跨国公司,也是一家重要的半导体制造商。三星生产和销售广泛的电子产品,包括处理器、内存芯片和存储器芯片等。它们的Exynos处理器广泛应用于智能手机和平板电脑等产品。

  6. 台积电(TSMC):台积电是一家台湾的半导体制造公司,是全球领先的代工厂商之一。它们为许多半导体设计公司提供制造服务,包括英特尔、AMD、高通等。台积电生产的芯片广泛应用于各种计算、通信和消费电子产品。

  • 美国:英特尔、高通、美光、Broadcom(博通)、AMD(超微)、Texas Instruments(德州仪器)、Apple(苹果)、NVIDIA(英伟达)、Analog Devices(亚德诺)、onsemi(安森美)、Microchip(微芯)、Western Digital(西部数据)、Marvell(美满电子)和Skyworks(思佳讯);
  • 中国台湾:MediaTek(联发科)、RealTek(瑞昱)和Novatek(联咏)
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