ARM 之五发展史及各时期内核（ARM1 ~ ARM11 / Cortex）介绍

柔情只为你懂 2022-04-14 03:05 2473阅读 0赞

# 很久很久以前 #

1978年12月5日，物理学家赫尔曼·豪泽（Hermann Hauser）和工程师 Chris Curry，在英国剑桥创办了CPU公司（Cambridge Processing Unit），主要业务是为当地市场供应电子设备。1979年，CPU公司改名为Acorn计算机公司。

> 据说，还有一名创始人叫 Andy Hopper。Andy Hopper是Acorn的研究主管，但为了顾及自己在剑桥大学的本职工作，他刻意保持低调，而将代表公开露面的机会留给了另外两位创始人。

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。随后，改良版的ARM2也被研发出来。ARM2被用在BBC Archimedes 305上。  
  后来 Acorn 被 Olivetti 收购，在 Andy Hopper 的提一下，1990年11月27日，Advanced RISC Machines Ltd.（简称 ARM）被分拆出来，正式成为一家独立的处理器公司。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。  
  这个项目到后来进入“ARM6”，首版的样品在1991年发布，然后苹果计算机使用ARM6架构的ARM 610来当作他们Apple Newton产品的处理器。在1994年，艾康计算机使用ARM 610做为他们个人计算机产品的处理器。

# 产品分类 #

ARM产品的分类可以按照ARMv1、ARMv2、ARMv3、ARMv4等构架来分类。从1983年开始，ARM内核共有ARM1、ARM2、ARM6、ARM7、ARM9、ARM10、ARM11和Cortex以及对应的修改版或增强版组成，越靠后的内核，初始频率越高、架构越先进，功能也越强。架构和内核对应关系如下图（截取自维基百科：[https://en.wikipedia.org/wiki/List\_of\_ARM\_microarchitectures][https_en.wikipedia.org_wiki_List_of_ARM_microarchitectures] ）所示：

*  **由 ARM 自己设计的内核：**  
    ![Core][]  
    下面一张图是，ARM内核发布时间：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70]
 *  **除了 ARM 公司自己设计的内核，还有些内核实现了ARM指令集，是由具有ARM架构许可证的公司独立开发：**  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

总结来说，ARM 处理器产品分为**经典ARM处理器系列**和最新的**Cortex处理器系列**。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

## Classic处理器 ##

*  **ARM7微处理器系列**：1994年推出，使用范围最广的 32 位嵌入式处理器系列。 0.9MIPS/MHz的三级流水线和冯诺依曼结构。ARM7系列包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、带有高速缓存处理器宏单元的ARM720T。该系列处理器提供Thumb 16位压缩指令集和EmbededICE软件调试方式，适用于更大规模的SoC设计中。ARM7TDMI基于ARM体系结构V4版本，是目前低端的ARM核。
 *  **ARM9微处理器系列**：ARM9采用哈佛体系结构，指令和数据分属不同的总线，可以并行处理。在流水线上，ARM7是三级流水线，ARM9是五级流水线。由于结构不同，ARM7的执行效率低于ARM9。基于Arm9内核的处理器，是具有低功耗，高效率的开发平台。广泛用于各种嵌入式产品。它主要应用于音频技术以及高档工业级产品，可以跑Linux以及Wince等高级嵌入式系统，可以进行界面设计，做出人性化的人机互动界面，像一些网络产品和手机产品。
 *  **ARM9E微处理器系列**：ARM9E中的E就是Enhance instrcTIons，意思是增强型DSP指令，说明了ARM9E其实就是ARM9就一个扩充，变种。ARM9E系列微处理器为可综合处理器，使用单一的处理器内核提供了微控制器、DSP、Java应用系统的解决方案，极大的减少了芯片的面积和系统的复杂程度。ARM9E系列微处理器提供了增强的DSP处理能力，很适合于那些需要同时使用DSP和微控制器的应用场合。
 *  **ARM10E微处理器系列**：ARM10E系列微处理器为可综合处理器，使用单一的处理器内核提供了微控制器、DSP、Java应用系统的解决方案，极大的减少了芯片的面积和系统的复杂程度。ARM9E系列微处理器提供了增强的DSP处理能力，很适合于那些需要同时使用DSP和微控制器的应用场合。ARM10E与ARM9E区别在于，ARM10E使用哈佛结构，6级流水线，主频最高可达325MHz，1.35MIPS/HZ。
 *  **ARM11微处理器系列**：ARM公司近年推出的新一代RISC处理器，它是ARM新指令架构——ARMv6的第一代设计实现。该系列主要有ARM1136J，ARM1156T2和ARM1176JZ三个内核型号，分别针对不同应用领域。ARM11的媒体处理能力和低功耗特点，特别适用于无线和消费类电子产品；其高数据吞吐量和高性能的结合非常适合网络处理应用；另外，也在实时性能和浮点处理等方面ARM11可以满足汽车电子应用的需求。

## Cortex系列 ##

ARM公司在经典处理器ARM11以后的产品改用Cortex命名，并分成A、R和M三类，旨在为各种不同的市场提供服务。Cortex系列属于ARMv7架构，由于应用领域不同，基于v7架构的Cortex处理器系列所采用的技术也不相同，基于v7A的称为Cortex-A系列，基于v7R的称为Cortex-R系列，基于v7M的称为Cortex-M系列。

*  **Application Processors（应用处理器）**：面向移动计算，智能手机，服务器等市场的的高端处理器。这类处理器运行在很高的时钟频率（超过1GHz），支持像Linux，Android，MS Windows和移动操作系统等完整操作系统需要的内存管理单元（MMU）。 如果规划开发的产品需要运行上述其中的一个操作系统，你需要选择ARM 应用处理器.
 *  **Real-time Processors （实时处理器）**：面向实时应用的高性能处理器系列，例如硬盘控制器，汽车传动系统和无线通讯的基带控制。多数实时处理器不支持MMU，不过通常具有MPU、Cache和其他针对工业应用设计的存储器功能。实时处理器运行在比较高的时钟频率（例如200MHz 到 >1GHz ），响应延迟非常低。虽然实时处理器不能运行完整版本的Linux和Windows操作系统， 但是支持大量的实时操作系统（RTOS）。
 *  **Microcontroller Processors（微控制器处理器）**：微控制器处理器通常设计成面积很小和能效比很高。通常这些处理器的流水线很短，最高时钟频率很低（虽然市场上有此类的处理器可以运行在200Mhz之上）。 并且，新的Cortex-M处理器家族设计的非常容易使用。因此，ARM 微控制器处理器在单片机和深度嵌入式系统市场非常成功和受欢迎。  
    Cortex-M 处理器家族更多的集中在低性能端，但是这些处理器相比于许多微控制器使用的传统处理器性能仍然很强大。例如，Cortex-M4 和 Cortex-M7 处理器应用在许多高性能的微控制器产品中，最大的时钟频率可以达到400Mhz。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

三个处理器系列的主要特征  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

# 参考 #

1.  [维基百科 - ARM architecture][- ARM architecture]
2.  ARM 社区，由Joseph Yiu（高级嵌入式技术经理, ARM ）写的《ARM Cortex-M 处理器入门》

[https_en.wikipedia.org_wiki_List_of_ARM_microarchitectures]: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_ARM_microarchitectures
[Core]: /images/20220414/8e1eb3d2e8b74846a9b85fca65d18a20.png
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[- ARM architecture]: https://en.wikipedia.org/wiki/ARM_architecture