ARM处理器体系架构详细说明
arm架构 cpu技术参数
arm架构 cpu技术参数
ARM处理器的技术参数主要包括以下几个方面：
1. 处理器架构：ARM处理器基于ARM架构进行设计。
ARM架构是一种精简指令集（RISC）架构，具有低功耗、低成本和高性能的特点。
2. 指令集：ARM处理器支持多种指令集，包括Thumb（16位）/ARM （32位）双指令集。
3. 寄存器：ARM处理器使用大量的寄存器，这有助于提高指令执行速度。
4. 高速缓存：ARM处理器通常具有高速缓存（Cache）功能，用于存储常用的数据和指令，以加速内存访问速度。
5. 内存管理单元（MMU）：ARM处理器具有内存管理单元，用于实现虚拟内存到物理内存的转换。
6. 浮点单元（FPU）：对于需要高性能浮点运算的应用，ARM处理器可以配备浮点单元。
7. 功耗管理：ARM处理器具有低功耗设计，支持多种节能模式和电源管理模式。
8. 安全性：ARM处理器具备硬件安全功能，支持加密和安全启动等安全特性。
9. 互连：ARM处理器支持多种互连技术，如高速串行接口、总线互连等，以实现多个处理器或模块之间的通信。
10. 应用领域：ARM处理器广泛应用于移动设备、嵌入式系统、物联网设备、服务器等领域。
以上是ARM架构CPU的一些常见技术参数，具体的技术规格可能会因不同的处理器型号而有所差异。
arm架构通俗理解
arm架构通俗理解ARM架构是一种非常常见的计算机处理器架构，广泛应用于移动设备、嵌入式系统和低功耗领域。
本文将以通俗易懂的方式介绍ARM 架构的基本概念和特点。
ARM架构最早由英国的ARM公司开发，它的全称是Advanced RISC Machines。
相比于传统的复杂指令集计算机（CISC）架构，ARM采用了精简指令集计算机（RISC）的设计理念，使得处理器的指令集更加简洁高效。
ARM架构的核心特点之一是低功耗。
由于移动设备的电池寿命限制和嵌入式系统对功耗的要求，ARM架构在设计上非常注重节能。
ARM 处理器通过优化指令集和电源管理技术，能够在保证性能的同时，尽量减少功耗的消耗。
另一个重要特点是高性能。
尽管ARM处理器的指令集相对精简，但通过增加指令级并行和高速缓存等技术手段，ARM架构的处理器能够实现较高的性能表现。
这使得ARM架构不仅适用于低功耗领域，也能够满足高性能计算的需求。
ARM架构还具有高度可定制性的特点。
根据不同的应用需求，ARM处理器可以进行各种程度的定制。
这使得ARM架构在不同的领域和市场上有着广泛的应用。
例如，移动设备上的ARM处理器通常会针对功耗和性能进行优化，而服务器和网络设备上的ARM处理器则可能会更加注重多核处理和数据处理能力。
ARM架构还具有较好的软件兼容性。
由于ARM架构的广泛应用和开放性，许多操作系统和软件都提供了ARM平台的支持。
这使得开发人员可以比较轻松地将软件移植到不同的ARM设备上，提高了开发效率和软件的可移植性。
总的来说，ARM架构是一种低功耗、高性能、可定制和软件兼容性好的处理器架构。
它在移动设备、嵌入式系统和低功耗领域有着广泛的应用，并且在高性能计算领域也逐渐崭露头角。
随着物联网和人工智能等新兴领域的发展，ARM架构将继续发挥重要作用，推动计算技术的进步和创新。
4 ARM体系结构
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ARM7与CORTEX比较
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ARM编程模型
扩展协处 指令缓存 理器接口 器 指令存储 管理单元
ARM硬件架构
跟踪 接口
ARM9TDMI32 RISC处理器
AMBA 总线
写缓 冲
数据缓 存器 JTAG
数据存储 管理单元
回写存 储单元
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ARM微处理器的工作状态
从编程角度看，ARM微处理器的工作状态一般有两种， 并可在两种状态之间切换： ARM状态，此时处理器执行32位的字对齐的ARM指令， 开始执行代码时处于ARM状态。 Thumb状态，此时处理器执行16位的、半字对齐的 Thumb指令。
ADR r0，ThumbProg+1
.THUMB
ThumbProg:
... ADR r0，ARMProg
BX
.ARM
r0
/*跳转到ARMProg，程序切换到ARM状态*/
/*指示编译器后面的为ARM指令*/
ARMProg: MOV r4， #4
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ARM微处理器的工作模式（7种）
用户模式（User，usr）：正常程序执行
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ARM11微处理器系列
ARM11系列主要用于消费电子、无线和网络应用领 域，如STB、数码相机、3G移动电话、VoIP基础设 备、宽带调制解调器、WLAN介入设备和安全设备 等。
ARM11系列包含ARM1136J-S和ARM1136JF-S两种 类型。
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SecurCore微处理器系列
SecurCore系列专为安全需要设计，除了具有ARM体 系结构各种主要特点外，在系统安全方面的特点： 带有灵活的保护单元，确保操作系统和应用数据的安全。
认识ARM Cortex主流架构体系
ARM Cortex主流架构体系深度普及A5、A7、A9、A9 Family/A9 二代Family架构以及其延伸出的大量方案，例如全志A20、炬力ATM 7021、瑞芯微3168、盈方微X15……让许多消费者感到“不明觉厉”。
本文将为“小白”用户作基础知识普及，为大家梳理不同架构的异同，以及其代表的平板方案特性。
为大家购买或学习提供参考。
1、认清ARM的命名ARM公司在经典处理器ARM11以后的产品改用Cortex命名，Cortex系列属于ARMV7架构，这是ARM公司最新的指令集架构。
ARM V7架构定义了三大分工明确的系列：“A”系列面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用；“R”系列针对实时系统；“M”系列对微控制器。
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。
2、Cortex A5：最低端利器Cortex A5是Cortex A家族中最低端的。
Cortex A5与Cortex A7、Cortex A8、Cortex A9以及Cortex A15同属于Cortex A系列处理器。
Cortex A5多核处理器利用ARM MPCore技术，Cortex A5处理器包括了TrustZone安全技术，以及在Cortex A8处理器上率先引入的NEON多媒体处理引擎。
NEON技术是用于Cortex A 系列处理器的128 位SIMD（单指令、多数据）架构扩展集，为密集型多媒体应用提供了加速功能。
Cortex A5内部核心数目1-4核可选，采用四核配置时，SOC芯片内部还可搭配Mail GPU或由用户按需求配用PowerVR MBX/SGXGPU。
默认工作电压1.1V,单核核心频率480MHz，四核核心频率可达1GHz，含缓存的核心面积最小仅1平方毫米，一级缓存容量最大64KB，功耗/频率比参数为0.12mW/MHz。
ARM体系结构详解精
ARM嵌入式系统第2章ARM体系结构ARM微处理器的编程模型♦ARM徴处理器的工作状态♦ARM体系结构的存储器格式♦ARM体系结构的指令长度及数据宽度♦ARM微处理器的处理器模式♦ARM体系结构的寄存器组织♦ARM微处理器的异常状态字、半字、字节字（Word）在ARM体系结构中，字的长度为32位半字（Half-Word）在ARM体系结构中，半字的长度为16位字节（Byg）在ARM体系结构中，字节的长度为8位。
ARM微处理器的工作状态（1）字对齐：四字节对齐半字对齐：两字节对齐两种状态:♦ARM状态：处理器执行32位的字对齐的令♦Thumb状态：处理器执行16位的、半字对齐的Thumb指令处理器工作状态的转变并不影响处理器的工作模式和相应寄存器中的内容。
I ARM微处理器的工作状态(2 )状态切换：BX {<cond>} <Rm><cond>指令的条件码。
忽略时无条件执行。
<Rm>子存器中为跳转的目标地址，当<Rm><存器的bit[O]为0时, 目标地址处的指令为ARM指令；当<Rm>^存器的bit[O]为1时，目标地址处的指令为Thumb 指令。
伪代码：if ConditionPassed(cond) thenT Flag=Rm[O]PC=Rm AND OxFFFFFFFEARM微处理器在复位或上电时处于ARM状态，发生异常时处于ARM状态。
右ARM体系结构的存储器格式(1)ARM体系结构所支持的最大寻址空间为4GB (2^字节)♦大端格式(Big Endian)字数据的高字节存储在低地址中，而字数据的低字节则存放在高地址中。
♦小端格式(Little Endian)低地址中存放的是字数据的低字节，高地址存放的是字数据的高字节。
字地址字地址右ARM 体系结构的存储器格式(2)(0H)=0123H (4H)=4567H (8H)=89ABHBig Endian(0H)=3210H (4H)=7654H (8H)=BA98HLittle Endian右ARM 体系结构的存储器格式(3)8 9 AB4 5 6 7 0123一 “A ・■ • rO= 0x11223344 I 11 I 22 33 ： 44 ILittle endian Big endianR2 =异FI*右 ARM 体系结构的指令长度及数据宽度♦指令长度：32位（在ARM 状态下） 16位（在Thumb 状态下）♦数据宽度： 字节（8位） 半字（16位） 字（32位）三种数据宽度对存储器及外部设备的访问。
ARM体系结构与编程
ARM体系结构与编程
一、ARM体系结构
ARM(Advanced RISC Machine)是由英国ARM公司开发的一种低功耗、超低成本的处理器架构，是移动设备的首选处理器。
ARM架构的处理器有ARM7、ARM9、ARM11、 Cortex-A8 、Cortex-A15等，它们核心架构特点为以下几点：
1.保护模式。
ARM架构的处理器能够在用户模式和两个高级的保护模式之间来回切换。
2.对齐式存储。
ARM架构的处理器采用对齐方式，其二进制指令必须按照固定的位置排列，以便提高存储空间的利用率。
3.浮点处理单元。
ARM架构的处理器具有浮点数处理功能，使数值运算能够高效率地完成。
4.多级缓存。
ARM架构的处理器将原始数据复制到不同级别的快速缓存中，以便快速访问。
二、ARM程序的编程
1、ARM程序的编写
ARM程序的编写可以使用C语言编写，程序开发者需要掌握ARM架构各种中央处理器扩展指令集的使用方法，以便获得更好的效率。
2、编译ARM程序
ARM程序的编译是使用GNU的gcc编译器进行的，它可以将C语言编写的程序编译成ARM架构的机器码，并可以在ARM架构的处理器上运行。
3、调试ARM程序
ARM程序的调试使用GDB程序调试，它可以提供丰富的调试工具，可以跟踪程序执行的步骤，提供全面的程序反馈信息，可以帮助开发者快速定位程序运行出错的地方。
三、总结。
ARM体系架构
该例中用6个时钟周期执行了6条指令 所有的操作都在寄存器中（单周期执行） 指令周期数 (CPI) = 1
高速缓存（CACHE）
1、为什么采用高速缓存 微处理器的时钟频率比内存速度提高快得多，高速缓存可以提 高内存的平均性能。
2、高速缓存的工作原理 高速缓存是一种小型、快速的存储器，它保存部分主存内容的
拷贝。
高 数据
速
CACHE
CPU
缓 存
主存
控
制
地址
器
数据
总线和总线桥
CPU
高速总线
低速设备
低速总线
软硬功能分配 复杂指令增加硬件的复杂度，使指令执行周期大大加长 ，直接访存次数增多，数据重复利用率低。
不利于先进指令级并行技术的采用 流水线技术
RISC基本设计思想
精简指令集：保留最基本的,去掉复杂、使用频度不高的指令 （选取运算指令、加载、存储指令和转移指令作主指令集） ，以减小CPI: CPUtime=Instr_Count * CPI * Clock_cycle
CISC的主要缺点
指令使用频度不均衡。 高频度使用的指令占据了绝大部分的执行时间，扩充的 复杂指令往往是低频度指令。
大量复杂指令的控制逻辑不规整，不适于VLSI工艺 VLSI的出现，使单芯片处理机希望采用规整的硬联逻辑 实现，而不希望用微程序，因为微程序的使用反而制约 了速度提高。(微码的存控速度比CPU慢5-10倍)。
IC—程序中指令数，CPI—每条指令执行所有周期数
arm架构分类
arm架构分类ARM架构是一种广泛使用的计算机处理器架构，常用于移动设备、嵌入式系统、服务器等领域。
根据不同的应用场景和需求，ARM架构可以分为以下几类：1. Cortex-A系列Cortex-A系列是ARM架构中最强大的处理器系列，主要用于高性能计算领域。
它们具有多核心、高频率和大缓存等特点，能够支持复杂的操作系统和应用程序。
常见的Cortex-A系列处理器包括Cortex-A7、Cortex-A9、Cortex-A15、Cortex-A53和Cortex-A72等。
2. Cortex-R系列Cortex-R系列是ARM架构中专门设计用于实时计算领域的处理器系列。
它们具有高度可靠性、低延迟和快速响应等特点，适合于控制系统、汽车电子和医疗设备等领域。
常见的Cortex-R系列处理器包括Cortex-R4、Cortex-R5和Cortex-R8等。
3. Cortex-M系列Cortex-M系列是ARM架构中专门设计用于微控制器领域的处理器系列。
它们具有低功耗、低成本和小尺寸等特点，适合于嵌入式系统、传感器和智能家居等领域。
常见的Cortex-M系列处理器包括Cortex-M0、Cortex-M3、Cortex-M4和Cortex-M7等。
4. Neoverse系列Neoverse系列是ARM架构中专门设计用于数据中心和云计算领域的处理器系列。
它们具有高度可扩展性、高效能和低功耗等特点，适合于大规模数据处理和分布式计算等场景。
常见的Neoverse系列处理器包括Neoverse N1和Neoverse V1等。
总之，ARM架构根据不同的应用场景和需求，设计了多个不同系列的处理器，以满足各种计算需求。
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ARM处理器体系架构详细说明
ARM 体系结构是构建每个 ARM 处理器的基础。
ARM 体系结构随着时间的推移不断发展，其中包含的体系结构功能可满足不断增长的新功能、高性能需求以及新兴市场的需要。
ARM 体系结构支持跨跃多个性能点的实现，并已在许多细分市场中成为主导的体系结构。
ARM 体系结构支持非常广泛的性能点，因而可以利用最新的微体系结构技术获得极小的 ARM 处理器实现和极有效的高级设计实现。
实现规模、性能和低功耗是 ARM 体系结构的关键特性。
已经开发了体系结构扩展，从而为 Java 加速 (Jazelle)、安全性 (TrustZone)、SIMD 和高级 SIMD (NEON) 技术提供支持。
A RMv8-A 体系结构增加了密码扩展作为可选功能。
ARM 体系结构通常描述为精简指令集计算机 (RISC) 体系结构，因为它包含以下典型 RISC 体系结构特征：
▪统一寄存器文件加载/存储体系结构，其中的数据处理操作只针对寄存器内容，并不直接针对内存内容。
▪简单寻址模式，所有加载/存储地址只通过寄存器内容和指令字段确定。
对基本 RISC 体系结构的增强使 ARM 处理器可以实现较高性能、较小代码大小、较低功耗和较小硅面积的良好平衡。
ARMv8 体系结构
ARMv8-A 将 64 位体系结构支持引入 ARM 体系结构中，其中包括：
▪64 位通用寄存器、SP（堆栈指针）和 PC（程序计数器）
▪64 位数据处理和扩展的虚拟寻址
▪两种主要执行状态：
▪AArch64 - 64 位执行状态，包括该状态的异常模型、内存模型、程序员模型和指令集支持
▪AArch32 - 32 位执行状态，包括该状态的异常模型、内存模型、程序员模型和指令集支持
这些执行状态支持三个主要指令集：
▪A32（或 ARM）：32 位固定长度指令集，通过不同体系结构变体增强部分 32 位体系结构执行环境现在称为 AArch
32
▪T32 (Thumb)，以 16 位固定长度指令集的形式引入，随后在引入 Thumb-2 技术时增强为 16 位和 32 位混合长度指令集。
部分 32 位体系结构执行环境现在称为 AArch32
▪A64：提供与 ARM 和 Thumb 指令集类似功能的 32 位固定长度指令集。
随 ARMv8-A 一起引入，它是一种 AArch64 指令集。
ARM ISA 不断改进，以满足前沿应用程序开发人员日益增长的要求，同时保留了必要的向后兼容性，以保护软件开发投资。
在ARMv8-A 中，对 A32 和 T32 进行了一些增补，以保持与 A64 指令集一致。
A32(ARM)
ARM（通常称为 A32）是一种固定长度（32 位）的指令集。
它是 ARMv4T、ARMv5TEJ 和 ARMv6 体系结构中使用的基础 32 位ISA。
在这些体系结构中，该指令集用于需要高性能的应用领域，或用于处理硬件异常，如中断和处理器启动。
对于性能关键应用和旧代码，Cortex 体系结构的 Cortex-A 和 Cortex-R 配置文件也支持 ARM ISA。
其多数功能都包括在与Thumb-2 技术一起引入的 Thumb 指令集中。
Thumb (T32) 从改进的代码密度中获益。
ARM 指令的长度为 32 位，需要 4 字节边界对齐。
可以对大多数 ARM 指令进行“条件化”，使其仅在以前的指令设置了特定条件代码时执行。
这意味着，如果应用程序状态寄存器中的 N、Z、C 和 V 标志满足指令中指定的条件，则指令仅对程序员的模型操作、内存和协处理器发挥其正常作用。
如果这些标记不满足此条件，则指令会用作 NOP，即执行过程正常进入下一指令（包括将对异常进行任意相关检查），但不发挥任何其他作用。
此条件化指令允许对 if 和 while 语句的一小部分进行编码，而无需使用跳转指令。
条件代码包括：
T32(Thumb)
成本敏感型嵌入式控制应用领域（例如手机、磁盘驱动器、调制解调器和寻呼机）一直在寻求通过某些方式在兼顾内存占用空间的前提下以最低成本实现 32 位性能和地址空间。
Thumb (T32) 指令集提供已压缩至 16 位宽操作码的、最常用的 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。
Thumb 可向设计人员提供：
▪卓越的代码密度，可实现最小的系统内存大小和最低的成本。
▪在 8 位或 16 位总线上的 8 位或 16 位内存中实现 32 位性能，从而降低系统成本。
▪建立的 ARM 功能
▪行业领先的 MIPS/Watt，以尽可能延长电池寿命和增加 RISC 性能
▪小的芯片面积，以进行集成和尽可能降低芯片成本
▪全球多合作伙伴源，可提供安全保证。
设计人员可以同时使用 16 位 Thumb 和 32 位 ARM 指令集，这样，他们就可以灵活地根据应用需求在子例程级别上增强性能或调整代码大小。
Thumb ISA 受 ARM 生态系统的广泛支持，包括完善的 Windows 软件开发环境以及开发和评估卡。
改进了代码密度，具有性能效率和功效
Thumb-2 技术使 Thumb 成为固定（32 位和 16 位）长度指令集，是所有 ARMv7 兼容的 ARM Cortex 实现所通用的指令集。
T humb-2 提升了众多嵌入式应用程序的性能、能效和代码密度。
该技术与现有 ARM 和 Thumb 解决方案向后兼容，同时显著扩展了 Thumb 指令集的可用功能，从而使更多应用程序从 Thumb 的同类最佳代码密度中获益。
为获得性能优化的代码，Thumb-2 技术使用少于 31% 的内存以降低系统成本，同时，提供比现有高密度代码高出 38% 的性能，因此可用于延长电池寿命，或丰富产品功能集。