【笔记】ARM架构和ARM芯片（三）

经典系列

• ARM11™ 系列 - 基于 ARMv6 架构的高性能处理器；
• ARM9™ 系列 - 基于 ARMv5 架构的常用处理器；
• ARM7™ 系列- 面向普通应用的经典处理器 。

Cortex系列

使用ARMv7架构，具体包括：

Cortex-A：应用程序配置文件，它在 MMU（内存管理单元）、用于多媒体应用程序的可选 NEON 处理单元以及支持半精度、单精度和双精度运算的高级硬件浮点单元的基础上实现了虚拟内存系统架构。它适用于高端消费电子设备、网络设备、移动 Internet 设备和企业市场。

Cortex-R：时配置文件，它在 MPU（内存保护单元）的基础上实现了受保护内存系统架构。它适用于高性能实时控制系统（包括汽车和大容量存储设备）。

Cortex-M：微控制器配置文件，可快速进行中断处理，适用于需要高度确定的行为和最少门数的成本敏感型设备。

A系列属于应用处理器，R和M系列属于嵌入式处理器。

应用程序处理器按处理器执行复杂操作系统（如Linux、Android / Chrome、Microsoft Windows（CE/嵌入式）和 Symbian）和支持复杂图形用户界面的能力来定义。此类处理器集成了内存管理单元 (MMU) 以管理这些复杂操作系统的内存需求，并允许下载和执行第三方软件。

嵌入式处理器主要着重于在各种功耗敏感型应用中提供具有高确定性的实时行为。这些处理器通常执行实时操作系统 (RTOS) 和用户开发的应用程序代码，因此只需内存保护单元 (MPU)，而不需要应用程序处理器中提供的 MMU。

专家系列

SecurCore™ - 面向高安全性应用的处理器：SecurCore 处理器在安全市场中用于手机 SIM 卡和识别应用，集成了多种既可为用户提供卓越性能，又能检测和避免安全攻击的技术。用于SIM、智能卡 、高级支付系统、电子护照、电子票务和运输系统。SC100™ 处理器基于常用的 ARM7TDMI® 处理器。SC300™ 基于现代 Cortex™-M3 处理器，因而适用于中断驱动和功耗敏感型应用。

FPGA Cores - 面向 FPGA（Field－Programmable Gate Array）的处理器。对于那些希望 FPGA 设备能够与 ARM 架构兼容但又要求具有系统可编程性的开发人员，ARM 可提供 Cortex-M1 处理器。此处理器完全兼容 Cortex-M0 处理器，并允许用户灵活选择 FPGA 供应商。

ARM架构

ARM 32-bit ISA：基于 RISC 原理的32位ARM指令集。

Thumb 16-Bit ISA，Thumb 技术是对 32 位 ARM 体系结构的扩展。Thumb 指令集是已压缩至 16 位宽操作码的、最常用 32 位 ARM 指令的子集。在执行时，这些 16 位指令实时、透明地解压缩为完整 32 位 ARM 指令，且无性能损失。卓越的代码密度，以尽量减小系统内存大小和降低成本。

Thumb-2，提供最佳代码大小和性能；以 ARM Cortex 体系结构为基础的指令集，它提升了众多嵌入式应用的性能、能效和代码密度。以获得成功的 Thumb（ARM 微处理器内核的创新型高代码密度指令集）为基础进行构建，以增强 ARM 微处理器内核的功能，从而使开发人员能够开发出低成本且高性能的系统。 

VFP：浮点体系结构 (VFP：Vector Floating Point)为半精度、单精度和双精度浮点运算中的浮点操作提供硬件支持。为汽车动力系统、车身控制应用和图像应用（如打印中的缩放、转换和字体生成以及图形中的 3D 转换、FFT 和过滤）中使用的浮点运算提供增强的性能。

Jazelle^®技术：提高执行环境（如 Java、.Net、MSIL、Python 和 Perl）速度。Jazelle 技术是 ARM 提供的组合型硬件和软件解决方案。ARM Jazelle 技术软件是功能丰富的多任务 Java 虚拟机 (JVM)，经过高度优化，可利用许多 ARM 处理器内核中提供的 Jazelle 技术体系结构扩展。还包括功能丰富的多任务虚拟机 (MVM)，领先的手机供应商和 Java 平台软件供应商提供的许多 Java 平台中均集成了此类虚拟机。通过利用基础 Jazelle 技术体系结构扩展，ARM MVM 软件解决方案可提供高性能应用程序和游戏，快速启动和应用程序切换，并且使用的内存和功耗预算非常低。

 TrustZone^® 安全扩展，提供可信计算，是系统范围的安全方法，针对高性能计算平台上的大量应用，包括安全支付、数字版权管理 (DRM) 和基于 Web 的服务。TrustZone 技术与 Cortex™-A 处理器紧密集成，并通过 AMBA^® AXI™ 总线 和特定TrustZone 系统 IP 块在系统中进行扩展。此系统方法意味着，现在可保护外设（包括处理器旁边的键盘和屏幕），以确保恶意软件无法记录安全域中的个人数据、安全密钥或应用程序，或与其进行交互。用例包括：实现安全 PIN 输入，在移动支付和银行业务中加强用户身份验证，安全 NFC 通信通道，数字版权管理，数字版权管理，基于忠诚度的应用，基于云的文档的访问控制，电子售票移动电视。

SIMD：当前的智能手机和 Internet 设备必须提供高级媒体和图形性能，才具有竞争力。ARMv6 和 ARMv7 体系结构中的 SIMD 扩展改进了此类性能。SIMD 扩展已经过优化，可适用于众多软件应用领域，包括视频和音频编解码器，这些扩展将性能提高了将近 75% 或更多。 

NEON：通用 SIMD 引擎可有效处理当前和将来的多媒体格式，从而改善用户体验。可加速多媒体和信号处理算法（如视频编码/解码、2D/3D 图形、游戏、音频和语音处理、图像处理技术、电话和声音合成）。可增强许多多媒体用户体验（观看任意格式的任意视频、编辑和强化捕获的视频 – 视频稳定性、游戏处理、快速处理几百万像素的照片、语音识别）

Virtualization：随着软件复杂性的提高，对于在同一个物理处理器上提供多种软件环境的要求也同时增多。因为隔离、可靠性或不同实时特征而要求分隔的软件应用程序需要一个具备所需功能的虚拟处理器。通过高能效方式提供虚拟处理器要求组合利用硬件加速和高效的软件虚拟机监控程序。云计算和其他面向数据或内容的解决方案增加了对于每个虚拟机的物理内存系统的需求。

Cortex-A 系列：开放式操作系统的高性能处理器

ARM Cortex™-A 系列的应用型处理器可向托管丰富的操作系统平台的设备和用户应用提供全方位的解决方案，包括超低成本的手机、智能手机、移动计算平台、数字电视、机顶盒、企业网络、打印机和服务器解决方案。是移动开发中主要关注的对象。

Cortex-A15：可为新一代移动基础结构应用和要求苛刻的无线基础结构应用提供性能最高的解决方案。运行速度最高可达 2.5GHz。

Cortex-A9：可提供 800MHz - 2 GHz 的标准频率，每个内核可提供5000 DMIPS的性能。

Cortex-A8：单核解决方案，可提供经济有效的高性能，在 600 MHz - 1 GHz 的频率下，提供的性能超过 2000 DMIPS。

Cortex-A5：低成本实现，在 400- 800 MHz 的频率下，提供的性能超过1200 DMIPS。

在ARM网站中还有Cortex-A7，作为A15的低功耗版本，在2011年10月推出。

多核技术ARM MPCore：除了Cortex-A8外，其他（A5，A9，A15）都支持 ARM 的第二代多核技术：单核到四核实现，支持面向性能的应用领域，支持对称和非对称的操作系统实现。技术允许设计时可配置的处理器支持一个、两个、三个或四个 CPU 一起运行，同时保持集成的高速缓存一致性。这些多核处理器群集在 1 级高速缓存边界内完全一致，而且可通过加速器一致性端口 (ACP)配置为将有限的一致性扩展到其余的芯片上系统 (SoC) 中。ACP 允许系统主外设和带有未经缓存的内存视图的加速器（如 DMA 引擎或加密加速器内核）共享处理器的高速缓存，同时保持高速缓存完全一致。多核群集包括一个与全局中断控制器 (GIC)体系结构兼容的带专用外设的集成中断和通信系统，因此可提高性能和简化软件可移植性。此 GIC 可配置为支持 0（旧版 Bypass 模式）至 224 个独立中断源，以此为大量设备提供低延迟中断途径该处理器可支持单核或双核 64 位 AMBA^® 3AXI™ 互连接口，以及 SoC 内不同地址空间之间的全速过滤选项。

Cortex-R 系列 - 面向实时应用的卓越性能

Cortex-R 系列处理器的开发则面向深层嵌入式实时应用，对低功耗、良好的中断行为、卓越性能以及与现有平台的高兼容性这些需求进行了平衡考虑。用于汽车制动系统，动力传动解决方案，大容量存储控制器，以及联网和打印。

Cortex-M 系列 - 面向具有确定性的微控制器应用的成本敏感型解决方案

Cortex-M 系列处理器主要是针对微控制器领域开发的，在该领域中，既需进行快速且具有高确定性的中断管理，又需将门数和可能功耗控制在最低。

用于微控制器、混合信号设备、智能传感器，以及汽车电子和气囊。

参考资料
1. http://www.arm.com/zh/products/processors/cortex-a/index.php
2. http://www.arm.com/zh/products/processors/index.php
3. http://www.arm.com/zh/products/processors/technologies/

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