ARM架构与ARM内核

news2024/11/15 13:52:10

参考:https://blog.csdn.net/qq_34160841/article/details/105611131
到底什么是Cortex、ARMv8、arm架构、ARM指令集、soc?一文帮你梳理基础概念
认识ARM、Cortex-M内核,以及ARMv8-M架构

ARM架构

ARM的架构指的是ARM的指令集架构。ARM指令集从1985年ARMv1架构诞生起,到2011年,ARM架构已经发展到了第八代ARMv8。

指令集架构(ISA,Instruction Set Architecture)指的是一组指令的集合,这些指令定义了计算机如何与硬件进行交互。它常被看作软硬件之间的分界面,对软件来说它定义了对CPU操作的机器指令,对硬件来说它定义了对这些操作的硬件实现。具体来说,指令集架构包括以下几个方面:

  • 指令格式:指令的编码规则,包括操作码、操作数等字段的结构。
  • 指令类型:不同类型的指令,如算数运算、逻辑运算、数据传输、控制流等。
  • 寻址方式:指令如何访问操作数,包括直接寻址、间接寻址、立即寻址等方式。
  • 寄存器集:可用寄存器的数量和类型,包括寄存器的用途和功能。
  • 异常和中断处理:指令集如何处理异常情况和中断请求。

指令集架构分为两类:复杂指令集(CISC)和精简指令集(RISC)。复杂指令集的典型示例是Intel的x86指令集,而精简指令集的典型示例是ARM指令集和MIPS指令集。

ARM内核

ARM内核是ARM架构的硬件实现,包括了执行器、寄存器、中断控制器、总线接口和调试组件等。内核是由ARM公司设计并授权给个芯片厂商使用的。ARM11内核之后,ARM的内核分为了三个主要系列:

  1. Cortex-A系列(A:Application)

    • 应用:主要用于高性能应用,如智能手机、平板电脑和嵌入式设备。
    • 特点:支持高级特性如多核心、先进的功耗管理和虚拟化。大多数Cortex-A内核支持运行复杂的操作系统(如Linux、Android)。
  2. Cortex-R系列(R:Real-Time)

    • 应用:专为实时嵌入式应用设计,如汽车、大型工业和其他安全关键系统。
    • 特点:提供高可靠性和低延迟,支持错误检测和修复功能,适应严格的实时要求。
  3. Cortex-M系列(M:Microcontroller)

    • 应用:面向低功耗、低成本的微控制器市场,广泛应用于物联网和嵌入式系统。
    • 特点:具有较低的功耗和简单的指令集,易于开发和部署,支持中断处理和实时操作。
    • 在这里插入图片描述
  4. Cortex-SC系列(SC:SecurCore)

    除了上述三大系列之外,还有一个主打安全的Cortex-SC系列(SC:SecurCore),主要用于政府安全芯片。

对应关系

架构版本内核版本
ARMv1ARM1
ARMv2ARM2、ARM3
ARMv3ARM6、ARM7
ARMv4StrongARM、ARM7TDMI、ARM9TDMI
ARMv5ARM7EJ、ARM9E、ARM10E、XScale
ARMv6ARM11、Cortex-M0、Cortex-M0+、Cortex-M1
ARMv7Cortex-M3、Cortex-M4、Cortex-M7
ARMv8Cortex-A50、Cortex-A70、Cortex-M33、Cortex-M55

ARM授权

ARM公司既不生产芯片也不出售芯片,它只销售芯片设计的授权。ARM授权分为ARM架构授权、IP核授权、使用层级授权。

  1. 架构层级授权

    是指可以对ARM架构进行大幅度改造,甚至可以对ARM指令集进行扩展或缩减,苹果就是一个很好的例子,在使用ARMv7-A架构基础上,扩展出了自己的苹果swift架构

  2. 内核层级授权

    是指可以以一个内核为基础然后在加上自己的外设,比如USART、GPIO、SPI、ADC等等,最后形成了自己的MCU,这种公司很多,比如ST、TI

  3. 使用层级授权

    要想使用一款处理器,得到使用层级的授权是最基本的,这就意味着你只能拿别人提供的定义好的ip来嵌入在你的设计中,不能更改人家的ip,也不能借助人家的ip创造自己的基于该ip的封装产品。

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