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ARM11
ARMv6
ARM1136J(F)-S
SIMD, Jazelle DBX, (VFP),八级流水线
可变动,MMU
从 350 MHz 到1 GHz
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
ARMv7-A
Cortex-A8
Application profile, VFP, NEON, Jazelle RCT, Thumb-2, 13-stage pipeline
可变动 (L1+L2), MMU+TrustZone
up to 2000(2.0 DMIPS/MHz 从600 MHz到超过1 GHz的速度)
Texas Instruments OMAP3
ARMv7-R
Cortex-R4(F)
Embedded profile, (FPU)
可变动高速缓存,MMU可选配
600 DMIPS
Broadcomis a user
ARMv7-M
Cortex-M3
Microcontroller profile
无高速缓存,(MPU)
120 DMIPS @ 100MHz
Luminary Micro[3]微控制器家族
新款ARMv8架构ARMCortex-A50处理器系列产品,进一步扩大ARM在高性能与低功耗领域的领先地位。该系列率先推出的是Cortex-A53与Cortex-A57处理器以及最新节能64位处理技术与现有32位处理技术的扩展升级。该处理器系列的可扩展性使ARM的合作伙伴能够针对智能手机、高性能服务器等各类不同市场需求开发系统级芯片(SoC)。
ARMCortex-A50处理器系列:
提供Cortex-A57与Cortex-A53两款处理器,可选配密码编译加速器,为验证软件提高10倍的运行速度与ARMMali图形处理器系列互用,适用于图形处理器计算应用具有AMBA系统一致性,与CCI-400、CCN-504等ARMCoreLink缓存一致性结构组件达成多核心缓存一致性。
ARMCortex-A57处理器:
最先进、单线程性能最高的ARM应用处理器能提升,以满足供智能手机从内容消费设备转型为内容生产设备的需求,并在相同功耗下实现最高可达现有超级手机三倍的性能计算能力可相当于传统PC,但仅需移动设备的功耗成本即可运行,无论企业用户或普通消费者均可享受低成本与低耗能针对高性能企业应用提高了产品可靠度与可扩展性。
ARMCortex-A53处理器:
史上效率最高的ARM应用处理器,使用体验相当于当前的超级手机,但功耗仅需其四分之一结合可靠性特点,可扩展数据平面(dataplane)应用可将每毫瓦及每平方毫米性能发挥到极致针对个别线程计算应用程序进行了传输处理优化Cortex-A53处理器结合Cortex-A57及ARM的big.LITTLE处理技术,能使平台拥有最大的性能范围,同时大幅减少功耗。
8设计文件编辑
设计文件讲求精简又快速的设计方式,整体电路化却又不采用 微码,就像早期使用在 Acorn微电脑的8位6502处理器。
ARM架构包含了下述 RISC特性:
读取/储存 架构不支援地址不对齐内存存取(ARMv6内核现已支援)正交 指令集(任意存取指令可以任意的 寻址方式存取数据Orthogonal instruction set)大量的16 × 32-bit 寄存器阵列(register file)固定的32 bits 操作码(opcode)长度,降低编码数量所产生的耗费,减轻解码和流水线化的负担。大多均为一个CPU周期执行。为了补强这种简单的设计方式,相较于同时期的处理器如 Intel 80286和Motorola 68020,还多加了一些特殊设计:
大部分指令可以条件式地执行,降低在分支时产生的负重,弥补 分支预测器(branch predictor)的不足。算数指令只会在要求时更改条件编码(condition code)32-bit筒型位移器(barrel shifter)可用来执行大部分的算数指令和寻址计算而不会损失效能强大的索引寻址模式(addressing mode)精简但快速的双优先级中断子系统,具有可切换的 暂存器组有个附加在ARM设计中好玩的东西,就是使用一个4-bit 在每个指令前头,表示每支指令的执行是否为有条件式的
这大大的减低了在内存存取指令时用到的编码位,换句话说,它避免在对小型叙述如if做分支指令。有个标准的范例引用 欧几里德的 最大公因子算法:
在C编程语言中,循环为:
int gcd (int i, int j)
{
while (i != j) if (i > j) i -= j; else j -= i; return i;
}
在ARM 汇编语言中,循环为:
loop CMP Ri, Rj ;
设定条件为 "NE"(不等於) if (i != j) ; "GT"(大于) if (i > j), ; or "LT"(小于) if (i < j) SUBGT Ri, Ri, Rj ; 若 "GT"(大于), i = i-j; SUBLT Rj, Rj, Ri ; 若 "LT"(小于), j = j-i; BNE loop ; 若 "NE"(不等于),则继续回圈这避开了then和else子句之间的分支。
另一项 指令集的特色是,能将位移(shift)和回转(rotate)等功能并成"资料处理"型的指令(算数、逻辑、和 暂存器之间的搬移),因此举例来说,一个C语言的叙述
a += (j << 2);在ARM之下,可简化成只需一个word和一个cycle即可完成的指令
ADD Ra, Ra, Rj, LSL #2这结果可让一般的ARM程式变得更加紧密,而不需经常使用内存存取,流水线也可以更有效地使用。即使在ARM以一般认定为慢速的速度下执行,与更复杂的CPU设计相比它仍能执行得不错。
ARM处理器还有一些在其他RISC的架构所不常见到的特色,例如PC-相对寻址(的确在ARM上PC为16个 暂存器的其中一个)以及 前递加或后递加的寻址模式。
另外一些注意事项是 ARM 处理器会随着时间,不断地增加它的 指令集。某些早期的 ARM 处理器(比ARM7TDMI更早),譬如可能并未具备指令可以读取两 Bytes 的数量,因此,严格来讲,对这些处理器产生程式码时,就不可能处理如 C 语言物件中使用 "volatile short" 的资料型态。
ARM7 和大多数较早的设计具备三阶段的流水线化(Pipeline):提取指令、解码,并执行。较高效能的设计,如 ARM9,则有五阶段的流水线化。提高效能的额外方式,包含一颗较快的 加法器,和更广的分支预测逻辑线路。
这个架构使用“ 协处理器”提供一种非侵入式的方法来延伸指令集,可透过软件下 MCR、MRC、MRRC和MCRR 等指令来对协处理器寻址。协处理器空间逻辑上通常分成16个协处理器,编号分别从 0 至 15 ,而第15号协处理器(CP15)是保留用作某些常用的控制功能,像是使用高速缓存和记忆管理单元运算(若包含于处理器时)。
在 ARM 架构的机器中,周边装置连接处理器的方式,通常透过将装置的实体 暂存器对应到 ARM 的内存空间、协处理器空间,或是连接到另外依序接上处理器的装置(如总线)。协处理器的存取延迟较低,所以有些周边装置(例如 XScale 中断控制器)会设计成可透过不同方式存取(透过内存和协处理器)。
Thumb
较新的ARM处理器有一种16-bit指令模式,叫做Thumb,也许跟每个条件式执行指令均耗用4位的情形有关。在Thumb模式下,较小的opcode有更少的功能性。例如,只有分支可以是条件式的,且许多opcode无法存取所有CPU的暂存器。然而,较短的opcode提供整体更佳的编码密度(注:意指程式码在内存中占的空间),即使有些运算需要更多的指令。特别在内存埠或总线宽度限制在32 以下的情形时,更短的Thumb opcode能更有效地使用有限的 内存带宽,因而提供比32位程式码更佳的效能。典型的嵌入式硬件仅具有较小的32-bit datapath寻址范围以及其他更窄的16 bits寻址(例如 Game Boy Advance)。在这种情形下,通常可行的方案是编译成 Thumb 程式码,并自行最佳化一些使用(非Thumb)32位 指令集的CPU相关程式区,因而能将它们置入受限的32-bit总线宽度的内存中。
首颗具备 Thumb 技术的处理器是 ARM7TDMI。所有 ARM9 和后来的家族,包括 XScale 都纳入了 Thumb 技术。
Jazelle
ARM 还开发出一项技术,Jazelle DBX (Direct Bytecode eXecution),允许它们在某些架构的硬件上加速执行Java bytecode,就如其他执行模式般,当呼叫一些无法支援bytecodes的特殊软件时,能提供某些bytecodes的加速执行。它能在现存的ARM与Thumb模式之间互相执行。
首颗具备Jazelle技术的处理器是 ARM926EJ-S:Jazelle以一个英文字母'J'标示于CPU名称中。它用来让手机制造商能够加速执行 Java ME的游戏和应用程式,也因此促使了这项技术不断地开发。
Thumb-2
Thumb-2 技术首见于 ARM1156 核心 ,并于2003年发表。Thumb-2 扩充了受限的 16-bit Thumb 指令集,以额外的 32-bit 指令让指令集的使用更广泛。因此 Thumb-2 的预期目标是要达到近乎 Thumb 的编码密度,但能表现出近乎 ARM 指令集在 32-bit 内存下的效能。
Thumb-2也从 ARM 和 Thumb 指令集中派生出多种指令,包含位栏(bit-field)操作、分支建表(table branches),和条件执行等功能。
Thumb Execution Environment (ThumbEE)
ThumbEE,也就是所谓的 Thumb-2EE,,业界称为Jazelle RCT技术,于2005年发表,首见于 Cortex-A8 处理器。ThumbEE 提供从 Thumb-2 而来的一些扩充性,在所处的 执行环境 Environment)下,使得 指令集能特别适用于执行阶段(Runtime)的编码产生(例如即时编译)。Thumb-2EE 是专为一些语言如 Limbo、Java、 C#、 Perl 和 Python,并能让 即时编译器 能够输出更小的编译码却不会影响到效能。
ThumbEE 所提供的新功能,包括在每次存取指令时自动检查是否有无效指标,以及一种可以执行阵列范围检查的指令,并能够分支到分类器(handlers),其包含一小部份经常呼叫的编码,通常用于高阶语言功能的实作,例如对一个新物件做内存配置。
进阶 SIMD (NEON)
进阶 SIMD 延伸集,业界称为 NEON Multiple Data 单指令多重数据) 指令集,其针对多媒体和讯号处理程式具备标准化加速的能力。NEON 可以在 10 MHz 的 CPU 上执行 MP3 音效解码,且可以执行 13 MHz 频率以下的 GSM AMR (Adaptive Multi-Rate) 语音编码。NEON具有一组广泛的指令集、各自的 寄存器阵列,以及独立执行的硬件。NEON 支援 8-, 16-, 32- 和 64-bit 的整数及单精度浮点数据,并以 SIMD 的方式运算,执行图形和游戏处理中关于语音/视讯的部分。SIMD 在 向量超级处理机 中是个决定性的要素,它具备同时多项处理功能。在 NEON 技术中,SIMD 最高可支援到同时 16 个运算。
VFP
VFP 是在协同处理器针对ARM架构的衍生技术。它提供低成本的单精度和倍精度 浮点运算能力,并完全相容于ANSI/IEEE Std 754-1985 二进制浮点算数标准。VFP 提供大多数适用于浮点运算的应用,例如PDA、智慧手机、语音压缩与解压、3D图像以及数位音效、打印机、机上盒,和汽车应用等。VFP 架构也支援 SIMD(单指令多重数据)平行化的短向量指令执行。这在图像和讯号处理等应用上,非常有助于降低编码大小并增加输出效率。
在ARM-based处理器中,其他可见的浮点、或 SIMD 的协同处理器还包括了 FPA, FPE, iwMMXt。他们提供类似 VFP 的功能但在 opcode层面上来说并不具有相容性。
安全性扩充 (TrustZone)
TrustZone(TM) 技术出现在 ARMv6KZ 以及较晚期的应用核心架构中。它提供了一种低成本的方案,针对 系统单芯片( SoC)内加入专属的安全核心,由硬件建构的存取控制方式支援两颗虚拟的处理器。这个方式可使得应用程式核心能够在两个状态之间切换(通常改称为领域(worlds)以避免和其他功能领域的名称混淆),在此架构下可以避免资讯从较可信的核心领域泄漏至较不安全的领域。这种 内核领域之间的切换通常是与处理器其他功能完全无关联性(orthogonal),因此各个领域可以各自独立运作但却仍能使用同一颗内核。内存和周边装置也可因此得知内核运作的领域为何,并能针对这个方式来提供对装置的机密和编码进行存取控制。典型的 TrustZone 技术应用是要能在一个缺乏安全性的环境下完整地执行操作系统,并在可信的环境下能有更少的安全性的编码。
9应用选型编辑
1、ARM微处理器内核的选择从前面所介绍的内容可知,ARM微处理器包含一系列的内核结构,以适应不同的应用领域,用户如果希望使用WinCE或标准Linux等操作系统以减少软件开发时间,就需要选择ARM720T以上带有MMU(Memory Management Unit)功能的ARM芯片,ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、Strong-ARM都带有MMU功能。而 ARM7TDMI则没有MMU,不支持Windows CE和标准Linux,但目前有uCLinux等不需要MMU支持的操作系统可运行于ARM7TDMI硬件平台之上。事实上,uCLinux已经成功移植到多种不带MMU的微处理器平台上,并在稳定性和其他方面都有上佳表现。
2、系统的 工作频率在很大程度上决定了ARM微处理器的处理能力。ARM7系列 微处理器的典型处理速度为0.9MIPS/MHz,常见的ARM7芯片系统主时钟为20MHz-133MHz,ARM9系列微处理器的典型处理速度为1.1MIPS/MHz,常见的ARM9的系统主 时钟频率为100MHz- 233MHz,ARM10最高可以达到700MHz.不同芯片对时钟的处理不同,有的芯片只需要一个主时钟频率,有的芯片内部时钟控制器可以分别为ARM 核和USB、UART、DSP、音频等功能部件提供不同频率的时钟。
3、大多数的ARM微处理器片内存储器的容量都不太大,需要用户在设计系统时外扩存储器,但也有部分芯片具有相对较大的片内存储空间,如ATMEL的AT91F40162就具有高达2MB的片内程序存储空间,用户在设计时可考虑选用这种类型,以简化系统的设计。
4、片内外围电路的选择除ARM微处理器核以外,几乎所有的ARM芯片均根据各自不同的应用领域,扩展了相关功能模块,并集成在芯片之中,我们称之为片内外围电路,如USB接口、IIS接口、LCD控制器、键盘接口、RTC、ADC和DAC、DSP协处理器等,设计者应分析系统的需求,尽可能采用片内外围电路完成所需的功能,这样既可简化系统的设计,同时提高系统的可靠性
10相关手机编辑
欧洲诺基亚
诺基亚N86 诺基亚N97 诺基亚N8 诺基亚N96 诺基亚N95 诺基亚N78 诺基亚N900 诺基亚N81 诺基亚N85 诺基亚X6 诺基亚E72 诺基亚E71 诺基亚E66 诺基亚E63 诺基亚E50 诺基亚E51 诺基亚E52 诺基亚5530XM 诺基亚5800XM 诺基亚5320XM 诺基亚5630XM 诺基亚5730XM 诺基亚5230 诺基亚C5-00等
美国摩托罗拉
摩托罗拉XT711 摩托罗拉XT800 摩托罗拉XT702 摩托罗拉XT701 摩托罗拉ME600 摩托罗拉ME501 摩托罗拉ME500 摩托罗拉Milestone1 摩托罗拉Milestone2 摩托罗拉RAZR V8 摩托罗拉VE66 摩托罗拉A1200E 摩托罗拉A1210 摩托罗拉A1600 摩托罗拉A1800 摩托罗拉A1890 摩托罗拉U9 摩托罗拉A810 摩托罗拉ROKR EM30 摩托罗拉EM35 摩托罗拉ROKR E6 摩托罗拉ROKR E8
日本索尼爱立信
索爱 X1 索爱 X2 索爱 M1i 索爱 X10 索爱 Satio 索爱 U8i等
韩国三星
三星 i8910 三星 i8510 三星i9000 三星i9100等
美国Palm(奔迈)
Palm pre ; Palm pixi;Palm pre plus;Palm PRE 2
台湾HTC
HTC Dream、HTC Hero、HTC Desire、HTC Incredible等
包括所有安卓手机
11相关新闻编辑
搭载ARM芯片架构的设备数量是英特尔的25倍。全世界99%的智能手机和平板电脑都采用ARM架构。约有43亿人每天都会触摸一台搭载ARM芯片的设备,占全球总人口的60%。
所有的iPhone和iPad都使用ARM的芯片,多数Kindle电子阅读器和Android设备也都采用这一架构。与这种广泛触角极不相称的是,ARM的营收可以用少得可怜来形容。虽然全世界几乎所有的智能手机几乎都采用了该公司的芯片设计,但平均每卖出一款这样的手机,该公司只能得到1美分,而英特尔的芯片单位收益却高达数十至数百美元不等。
12发展前景编辑
ARM网络阵营成员主要包括博通、Cavium和Freescale。其他合作包括与AMD一道为虚拟化软件打造ENEA的合作、以及与AppliedMicro在虚拟机顶盒(vSTB)概念验证方面的合作。
大部分领先的网络/电信制造商正积极地将其下一代平台迁移到ARM平台上来,有理由相信在今后的几年中,ARM在行业中将扮演一个极为重要的角色。
13词条图册
armarm
参考资料:
1.
ARM处理器
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计算机学 电器 科技产品
合作编辑者:
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