Cortex系列ARM内核介绍
arm的芯片
arm的芯片ARM芯片是全球最广泛使用的微处理器架构之一，它由ARM公司设计并授权给其他公司进行生产。
ARM芯片在移动设备、物联网、消费电子、汽车和工业控制等领域得到广泛应用。
本文将对ARM芯片进行详细介绍。
ARM（Advanced RISC Machine）芯片采用精简指令集计算（RISC）架构，这意味着它的指令集更简洁，执行速度更快。
ARM芯片可以在低功耗条件下高效运行，这使得它在移动设备领域非常受欢迎。
ARM芯片的设计思想是通过优化指令集和微架构来提高性能和功耗效率。
ARM公司设计了一系列不同级别的芯片核心，包括Cortex-A、Cortex-R和Cortex-M系列。
Cortex-A系列是面向高性能应用的芯片核心，适用于智能手机、平板电脑和嵌入式系统等设备。
Cortex-R系列是面向实时应用的芯片核心，适用于汽车电子、无线通讯和工业控制等领域。
Cortex-M系列是面向低功耗微控制器应用的芯片核心，适用于物联网终端设备和传感器等。
ARM芯片的一个重要特点是它的可定制性。
ARM公司为不同的厂商提供了设计工具和IP（知识产权）核心，允许厂商根据自己的需求进行定制。
这意味着每个厂商可以根据自身的产品定位和市场需求来设计自己的ARM芯片，从而实现不同性能和功耗的平衡。
ARM芯片还支持多核心处理器架构。
多核心处理器可以将多个处理器核心集成到一个芯片中，从而提供更高的处理能力和更好的多任务处理能力。
这在需要处理复杂计算任务或同时运行多个应用程序的场景下非常有用。
ARM芯片在功耗方面表现出色。
ARM芯片的设计目标之一是实现低功耗运行，这使得它在移动设备领域非常受欢迎。
ARM芯片可以在较低的电压和频率下工作，从而降低功耗。
此外，ARM芯片还提供了多种功耗管理技术，如动态电压频率调节（DVFS）和睡眠模式，以进一步降低功耗。
ARM芯片的生态系统也非常庞大。
ARM公司与全球各大厂商和开发者社区合作，共同推动ARM技术的发展和创新。
ARM处理器内核介绍
52v07 ARM普通处理器内核
TM
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2.6 ARM片上总线
AMBA－Advanced Microcontroller Bus Architecture（先进 的微控制器总线体系结构）
AMBA总线定义3种规范
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测试芯片 ARM10200E
2
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IP核、软核、硬核、固核
IP（Intellectual Property）就是常说的知识产权。IP定义为 用于ASIC、ASSP和PLD等当中，并且是预先设计好的电路模块。
IP核模块有行为（Behavior）、结构（Structure）和物理（ Physical）三级不同程度的设计，对应描述功能行为的不同分 为三类，即软核（Soft IP Core）、完成结构描述的固核 （ Firm IP Core）和基于物理描述并经过工艺验证的硬核（ Hard IP Core）。
52v07 ARM普通处理器内核
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ARM9TDMI 数据通道 (2)
结果 DINFWD
MU 逻辑
B 寄存器 Bank Imm BDATA 移位器
A
乘法器
ALU
PSR
ADATA
锁存
锁存
MU逻辑单元包含有：多路复用器,乘法器和桶形移位器
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ARM9TDMI流水线的变化
52v07 ARM普通处理器内核
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ARM9TDMI
浅谈ARM Cortex系列处理器之区别
浅谈ARM Cortex系列处理器之区别市面上ARM Cortex系列包括3个系列，包括ARM Cortex-A, ARM Cortex-R, ARM Cortex-M,Z这三种系列，并且每个系列又分多种子版本，每个子版本都有各自的特点。
很好的为设计人员提供非常广泛的具有可扩展性的性能选项，从而有机会在多种选项中选择最适合自身应用的内核，而非千篇一律的采用同一方案。
其中，1，Cortex-A—面向性能密集型系统的应用处理器内核2， Cortex-R—面向实时应用的高性能内核3， Cortex-M—面向各类嵌入式应用的微控制器内核Cortex-A处理器为利用操作系统（例如Linux或者Android ，IOS）的设备提供了一系列解决方案，这些设备被用于各类应用，从低成本手持设备到智能手机、平板电脑、机顶盒以及企业网络设备等。
早期的Cortex-A系列处理器（A5、A7、A8、A9、A12、A15和A17）基于ARMv7-A架构。
每种内核都共享相同的功能集，例如NEON媒体处理引擎、Trustzone安全扩展、单精度和双精度浮点支持、以及对多种指令集（ARM、Thumb-2、Thumb、Jazelle 和DSP）的支持。
与此同时，这些处理器也具有极高的设计灵活性，能够提供所需的最佳性能和预期的功效。
介绍过Cortex-A，下面介绍Cortex-R系列——衍生产品中体积最小的ARM处理器，这一点也最不为人所知。
Cortex-R处理器针对高性能实时应用，例如硬盘控制器（或固态驱动控制器）、企业中的网络设备和打印机、消费电子设备（例如蓝光播放器和媒体播放器）、以及汽车应用（例如安全气囊、制动系统和发动机管理）。
Cortex-R系列在某些方面与高端微控制器（MCU）类似，但是，针对的是比通常使用标准MCU的系统还要大型的系统。
例如，Cortex-R4就非常适合汽车应用。
Cortex-R4主频可以高达600MHz（具有2.45DMIPS/MHz），配有8级流水线，具有双发送、预取和分支预测功能、以及低延迟中断系统，可以中断多周期操作而快速进入中断服务程序。
Cortex系列ARM核心及体系结构简介.
众所周知，英国的ARM公司是嵌入式微处理器世界当中的佼佼者。
ARM一直以来都是自己研发微处理器内核架构，然后将这些架构的知识产权授权给各个芯片厂商，精简的CPU架构，高效的处理能力以及成功的商业模式让ARM公司获得了巨大的成功，使他迅速占据了32位嵌入式微处理器的大部分市场份额，甚至现在，ARM芯片在上网本市场的也大有与INTEL的ATOM处理器一较高低的实力。
目前，随着对嵌入式系统的要求越来越高，作为其核心的嵌入式微处理器的综合性能也受到日益严峻的考验，最典型的例子就是伴随3G网络的推广，对手机的本地处理能力要求很高，现在一个高端的智能手机的处理能力几乎可以和几年前的笔记本电脑相当。
为了迎合市场的需求，ARM公司也在加紧研发他们最新的ARM架构，Cortex系列就是这样的产品。
在Cortex之前，ARM核都是以ARM 为前缀命名的，从ARM1一直到ARM11，之后就是 Cortex系列了。
Cortex在英语中有大脑皮层的意思，而大脑皮层正是人脑最核心的部分，估计ARM公司如此命名正有此含义吧。
一．ARMv7架构特点下表列出了ARM微处理器核心以及体系结构的发展历史：表一: ARM微处理器核心以及体系结构的发展历史我们可以看到，Cortex系列属于ARMv7架构，这是ARM公司最新的指令集架构，而我们比较熟悉的三星的S3C2410芯片是ARMv4架构，ATMEL公司的AT91SAM9261芯片则是ARMv5架构。
ARMv7架构是在ARMv6架构的基础上诞生的。
该架构采用了Thumb-2技术，Thumb-2技术是在ARM的Thumb代码压缩技术的基础上发展起来的，并且保持了对现存ARM解决方案的完整的代码兼容性。
Thumb-2技术比纯32位代码少使用 31％的内存，减小了系统开销。
同时能够提供比已有的基于Thumb技术的解决方案高出38％的性能。
ARMv7架构还采用了NEON技术，将DSP和媒体处理能力提高了近4倍，并支持改良的浮点运算，满足下一代3D图形、游戏物理应用以及传统嵌入式控制应用的需求。
ARM Cortex-M3处理器
• 功能齐全的调试解决方案：
– 串行线JTAG调试端口 （SWJ-DP） – Flash 修补和断点（FPB）单元，用于实现断点操作 – 数据观察点和触发（DWT）单元，用于执行观察点、触发源和
系统性能分析（数据跟踪源）
– 仪表跟踪宏单元（ITM），用于支持printf 型调试（调试消息） – 跟踪端口接口单元（TPIU）用作跟踪端口分析仪的桥接
– 你只可以完全访问特权模式的NVIC，但如果你使能配置 控制寄存器，你就可以在用户模式中挂起中断。任何其 它的用户模式访问都会引起总线错误。
– 所有NVIC寄存器可使用字节、半字和字来访问，除非特 别说明。
– 所有NVIC寄存器和系统调试寄存器都是小端配置，异常（系统处理程序）以及40个中断上设 置8个优先级。
• 串行线JTAG调试端口 :
– 测试访问端口和边界扫描结构标准 .主要应用于：电路的边界扫描 测试和可编程芯片的在线系统编程。
• 闪存地址重载及断点单元（FPB）
– 硬件断点支持。产生一个断点事件，从而使处理器进入调试模式
• 数据观察点与跟踪(DWT)
– 它包含比较器，可以配置成在发生比较匹配时，产生一个观察点 调试事件，并且用它来调用调试模式；
• SysTick 当前值寄存器
使用 SysTick 当前值寄存器来查找该寄存器的当前值。
该寄存器是写清零。向该寄存器写入任意值都会将寄存器清零。清零 该寄存器也会将SysTick控制和状态寄存器的COUNTFLAG位清零。
• 6 嵌套向量中断控制器（NVIC） – 嵌套向量中断控制器（NVIC）：
• 提供低-等待延时异常和中断处理 • 控制电源管理 • 执行系统控制寄存器
– NVIC支持多达240个可动态配置优先级的中断，每个中 断具有多达256个优先级。NVIC和处理器内核接口紧密 耦合，这使能了低等待延时中断的处理和迟到达中断的 有效处理。 NVIC保留了堆栈（嵌套）中断的内容来使能 中断的尾部链接。
ARM处理器详解（1）-ARMCortex-A系列处理器
ARM处理器详解（1）-ARMCortex-A系列处理器如图所⽰，绿⾊的部分都是v7-A的架构，蓝⾊的是v8-A架构，基本上绿⾊都是可以⽀持到32和64位的，除了A32，只⽀持到32位。
在右边的每个部分，⽐如说需要⾼效能的最上⾯的A15-A73这个部分是最⾼效的，接下来就是⽐较注重整个效率的部分了，中间那个部分是⽐较⾼效率的，最下⾯那栏的是效率最好的，在电池的效能⽅⾯达到了最好的标准。
最新的还有使⽤在麒麟980上的，基于Dynamiq技术的第⼆代优质内核 Cortex A76。
Acore主打的就是⾼性能，消费类的产品⽐如⼿机，平板，机顶盒等需要上系统的基本上都需要使⽤Acore。
Acore的发展曲线基本上和⼯艺曲线重叠，最新的A76是基于7nm的⼯艺，A73基于10nm的⼯艺，更早些的A5，A9基本上使⽤40nm或28nm的⼯艺。
这是ARM 2016年发布的最新A系列处理器，Cortex-A73⽀持全尺⼨ARMv8-A构架，ARMv8-A是ARM公司的⾸款⽀持64位指令集的处理器架构，包括ARM TrustZone技术、NEON、虚拟化和加密技术。
所以⽆论是32位还是64位，Cortex-A73都可以提供适应性最强的移动应⽤⽣态开发环境。
Cortex-A73包括128位 AMBR 4 ACE接⼝和ARM的big.LITTLE系统⼀体化接⼝，采⽤了⽬前最先进的10nm技术制造，可以提供⽐Cortex-A72⾼出30%的持续处理能⼒，⾮常适合移动设备和消费级设备使⽤。
预计今年晚些时候到2017年，Cortex-A73处理器将会逐渐覆盖到我们合作伙伴的⾼端智能⼿机、平板电脑、翻盖式移动设备、数字电视等⼀系列消费电⼦设备。
big.LITTLE架构发展到最新的A76，更新了Dynamiq架构，core的外⾯再包了⼀层L3 cache，减少了对外部DDR的读写，所以性能更优。
Cortex-A72最早发布于2015年年初，也是基于ARMv8-A架构，采⽤台积电16nm FinFET制造⼯艺，Cortex-A72可在芯⽚上单独实现性能，也可以搭配Cortex-A53处理器与ARMCoreLinkTMCCI⾼速缓存⼀致性互连（CacheCoherentInterconnect）构成ARMbig.LITTLETM配置，进⼀步提升能效。
哪种ARM Cortex内核更适合：A系列、R系列、M系列
ARM Cortex内核系列提供非常广泛的具有可扩展性的性能选项，设计人员有机会在多种选项中选择最适合自身应用的内核，而非千篇一律的采用同一方案。
Cortex系列组合大体上分为三种类别：● Cortex-A—面向性能密集型系统的应用处理器内核● Cortex-R—面向实时应用的高性能内核● Cortex-M—面向各类嵌入式应用的内核Cortex-A处理器为利用操作系统（例如Linux 或者Android）的设备提供了一系列解决方案，这些设备被用于各类应用，从低成本手持设备到智能手机、平板电脑、机顶盒以及企业网络设备等。
早期的Cortex-A系列处理器（A5、A7、A8、A9、A12、A15和A17）基于ARMv7-A架构。
每种内核都共享相同的功能集，例如NEON媒体处理引擎、Trustzone安全扩展、单精度和双精度浮点支持、以及对多种指令集（ARM、Thumb-2、Thumb、Jazelle和DSP）的支持。
与此同时，这些处理器也具有极高的设计灵活性，能够提供所需的最佳性能和预期的功效。
尽管Cortex-A5内核是Cortex A系列中体积和功耗都最低的成员，但它拥有支持多核性能的潜能，并且与该系列中的高级成员（A9和A15）兼容。
对于那些之前采用ARM926EJ-S或ARM1176JZ-S处理器的设计人员来说，选择A5是自然的，因为它具有更高的性能和更低的芯片成本。
Cortex-A7在功耗和体积上与Cortex-A5相似，但其性能提升20%左右，且与Cortex-A15和Cortex-A17有完全的架构兼容性。
Cortex-A7是成本敏感型智能手机和平板电脑的理想选择，而且它还可以与Cortex-A15或Cortex-A17组合使用，形成ARM 称为“big.LITTLE”的处理结构。
big.LITTLE结构实质上是一种功耗优化技术；高性能CPU（例如Cortex-A17）和高效率CPU（例如Cortex-A7）的组合配置能够提供更高的持久性能，同时因为更高效的内核很好的满足了应用对中低性能的需求，这种组合还显著节省整体功耗，节省75%的CPU耗能，并且延长的使用寿命。
关于ARM的内核架构介绍
张凌001关于ARM的内核架构很多时候我们都会对M0，M0+,M3,M4，M7，arm7，arm9，CORTEX-A系列，或者说AVR,51，PIC等，一头雾水，只知道是架构，不知道具体是什么，有哪些不同？今天查了些资料，来解解惑，不是很详细，但对此有个大体了解。
咱先来当下最火的ARM吧1.ARMARM即以英国ARM（Advanced RISC Machines）公司的内核芯片作为CPU，同时附加其他外围功能的嵌入式开发板，用以评估内核芯片的功能和研发各科技类企业的产品.ARM 微处理器目前包括下面几个系列，以及其它厂商基于 ARM 体系结构的处理器，除了具有ARM 体系结构的共同特点以外，每一个系列的 ARM 微处理器都有各自的特点和应用领域。
－ ARM7 系列－ ARM9 系列－ ARM9E 系列－ ARM10E 系列－ ARM11系列－ Cortex 系列－ SecurCore 系列－ OptimoDE Data Engines－ Intel的Xscale－ Intel的StrongARM ARM11系列2. Cortex 系列32位RISCCPU开发领域中不断取得突破，其设计的微处理器结构已经从v3发展到现在的v7。
Cortex 系列处理器是基于ARMv7架构的，分为Cortex-M、Cortex-R和Cortex-A三类。
由于应用领域的不同，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。
高性能的Cortex-A15、可伸缩的Cortex-A9、经过市场验证的Cortex-A8处理器以及高效的Cortex-A7和Cortex-A5处理器均共享同一体系结构，因此具有完整的应用兼容性，支持传统的ARM、Thumb指令集和新增的高性能紧凑型Thumb-2指令集。
1Cortex-M系列Cortex-M系列又可分为Cortex-M0、Cortex-M0+、Cortex-M3、Cortex-M4；2Cortex-R系列Cortex-R系列分为Cortex-R4、Cortex-R5、Cortex-R7；3Cortex-A 系列Cortex-A系列分为Cortex-A5、Cortex-A7、Cortex-A8、Cortex-A9、Cortex-A15、Cortex-A50等 ，同样也就有了对应内核的Cortex-M0开发板、Cortex-A5开发板、Cortex-A8开发板、Cortex-A9开发板、Cortex-R4开发板等等。
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Cortex系列ARM内核介绍
众所周知，英国的ARM公司是嵌入式微处理器世界当中的佼佼者。
ARM一直以来都是自己研发微处理器内核架构，然后将这些架构的知识产权授权给各个芯片厂商，精简的CPU架构，高效的处理能力以及成功的商业模式让ARM公司获得了巨大的成功，使他迅速占据了32位嵌入式微处理器的大部分市场份额，甚至现在，ARM芯片在上网本市场的也大有与INTEL的ATOM处理器一较高低的实力。
目前，随着对嵌入式系统的要求越来越高，作为其核心的嵌入式微处理器的综合性能也受到日益严峻的考验，最典型的例子就是伴随3G网络的推广，对手机的本地处理能力要求很高，现在一个高端的智能手机的处理能力几乎可以和几年前的笔记本电脑相当。
为了迎合市场的需求，ARM公司也在加紧研发他们最新的ARM架构，Cortex系列就是这样的产品。
在Cortex之前，ARM核都是以ARM为前缀命名的，从ARM1一直到ARM11，之后就是Cortex系列了。
Cortex在英语中有大脑皮层的意思，而大脑皮层正是人脑最核心的部分，估计ARM公司如此命名正有此含义吧。
一．ARMv7架构特点
下表列出了ARM微处理器核心以及体系结构的发展历史：
表一: ARM微处理器核心以及体系结构的发展历史
我们可以看到，Cortex系列属于ARMv7架构，这是ARM公司最新的指令集架构，而我们比较熟悉的三星的S3C2410芯片是ARMv4架构，ATMEL公司的AT91SAM9261芯片则是ARMv5架构。
ARMv7架构是在ARMv6架构的基础上诞生的。
该架构采用了Thumb-2技术，Thumb-2技术是在ARM的Thumb代码压缩技术的基础上发展起来的，并且保持了对现存ARM解
决方案的完整的代码兼容性。
Thumb-2技术比纯32位代码少使用31％的内存，减小了系统开销。
同时能够提供比已有的基于Thumb技术的解决方案高出38％的性能。
ARMv7架构还采用了NEON技术，将DSP和媒体处理能力提高了近4倍，并支持改良的浮点运算，满足下一代3D图形、游戏物理应用以及传统嵌入式控制应用的需求。
此外，ARMv7还支持改良的运行环境，以迎合不断增加的JIT(Just In Time)和DAC(DynamicAdaptive Compilation)技术的使用。
另外，ARMv7架构对于早期的ARM处理器软件也提供很好的兼容性。
ARMv7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”系列对微控制器和低成本应用提供优化。
下图为v5至v7架构比较：
图一：v5至v7架构比较
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。
下面一一介绍。
二．Cortex-A8
Cortex-A8第一款基于ARMv7构架的应用处理器。
Cortex-A8是ARM公司有史以来性能最强劲的一款处理器，主频为600MHz到1GHz。
A8可以满足各种移动设备的需求，其功耗低于300毫瓦，而性能却高达2000MIPS。
Cortex-A8也是ARM公司第一款超级标量处理器。
在该处理器的设计当中，采用了新的技术以提高代码效率和性能，采用了专门针对多媒体和信号处理的NEON技术。
同时，还采用了Jazelle RCT技术，可以支持JAVA程序的预编译与实时编译。
针对Cortex-A8，ARM公司专门提供了新的函数库（Artisan Advantage-CE）。
新的库函数可以有效的提高异常处理的速度并降低功耗。
同时，新的库函数还提供了高级内存泄漏控制机制。
Cortex-A8处理器使用了先进的分支预测技术，并且具有专用的NEON整型和浮点型流水线进行媒体和信号处理。
在使用小于4 mm2的硅片及低功耗的65 nm工艺的情况下，Cortex-A8处理器的运行频率将高于600MHz(不包括NEON追踪技术和二级高速缓冲存储器)。
在高性能的90 nm和65 nm工艺下，Cortex-A8处理器运行频率最高可达1 GHz，能够满足高性能消费产品设计的需要。
Cortex-A8第一次为低费用、高容量的产品带来了台式机级别的性能。
当前最新的IPHONE 手机和ANDROID手机里的处理器就是基于Cortex-A8内核的芯片。
Cortex-A8的系统框图如下：
图二：Cortex-A8的系统框图
更详细的框图如下：
图三：Cortex-A8的详细系统框图
三．Cortex-R4
Cortex-R4是ARM开发的超标量结构的ARM内核，主要面向实时控制领域，如汽车刹车控制等，这一领域要求处理器响应中断的实时性高，并且要尽可能的节约成本，而很多客户要求不需过多提高工作频率，就能提高运算性能，因此在Cortex-R4的设计过程中，工作频率的最佳点位是300MHz。
再高的话，不仅需要高速内存，而且时钟树的设计也更为复杂。
结果，判断合理的做法就是采用超标量结构，增加单位周期所执行的指令平均数。
Cortex-R4单位工作频率的运算性能为1.62MIPS（按Dhrystone换算）/MHz，比ARM9的约1.2MIPS/MHz大幅提高。
Cortex-R4电路规模只是比ARM9略有增加，但是可以实现更接近于Cortex-A8的运算性能。
Cortex-R4系统框图如下所示：
图四：Cortex-R4系统框图
四．Cortex-M3
ARM Cortex-M系列则是为那些对开发费用非常敏感同时对性能要求小断增加的嵌入式应用(如微控制器、汽车车身控制系统和各种大型家电)所设计的，主要面向单片机领域，可以说是51单品机的完美替代品。
Cortex-M3系统框图如下所示：
图五：Cortex-M3系统框图
Cortex-M3的速度比ARM7快三分之一，功耗低四分之三，并且能实现更小芯片面积，利于将更多功能整合在更小的芯片尺寸中。
Cortex-M3处理器结合了执行Thumb-2指令的32位哈佛微体系结构和系统外设，包括Nested Vec-tored Interrupt Controller和Arbiter总线。
该技术方案在测试和实例应用中表现出较高的性能：在台机电180 nm工艺下，芯片性能达1.2 DMIPS／MHz，时钟频率高达100 MHz。
在工控领域，用户要求具有更快的中断速度，Cortex-M3采用了Tail-Chaining中断技术，完全基于硬件进行中断处理，最多可减少12个时钟周期数，在实际应用中可减少70%中断。
五．总结
ARM Cortex处理器系列都是基于ARMv7架构的产品，从尺寸和性能方而来看，既有少于33000个门电路的Cortex-M系列，也有高性能的Cortex-A系列。
其中，Cortex-A系列是针对日益增长的，运行包括Linux、Windows，CE和Symbian操作系统在内的消费娱乐和无线产品设计的；ARM Cortex-R系列针对的是需要运行实时操作系统来进行控制应用的系统，包括汽车电子、网络和影像系统；ARM Cortex-M系列则面向微控制器领域，为那些对开发费用非常敏感同时对性能要求不断增加的嵌入式应用所设计的。
可见随着在各种不同领域应用需求的增加，微处理器市场也在趋于多样化。