arm内核全解析（arm内核体系结构分类介绍）

ARM处理器是第一款低功耗、低成本的RISC微处理器，由英国Acorn有限公司设计。全称是高级RISC机。ARM处理器本身是32位设计，但也配备了16位指令集。一般来说，它比同等的32位代码节省35%，但它能保留32位系统的所有优点。

ARM内核的特点ARM处理器是一款RISC芯片，其简单的结构使得ARM内核非常小，这使得设备的功耗非常低。它具有经典RISC的特征：

*大的、统一的寄存器文件；

*简单寻址模式；

*统一的定长指令域，3地址指令格式，简化了指令解码。编译成本高，尽量优化。采用三地址指令格式、多寄存器和对称指令格式，便于生成优化代码。

*单周期运行，ARM指令系统中的指令只需要执行简单的基本操作，因此执行过程在一个机器周期内完成；

*固定32位指令，指令格式固定为32位长度，使得指令解码结构简单，效率提高；

*使用指令流水线技术。

ARM内核架构ARM架构自诞生以来经历了很大的演变，至今已经定义了七个不同的版本：

版本V1架构：这种架构只出现在原型ARM1中，基本性能包括基本数据处理指令(无乘法)、字节、半字和字加载/存储指令、传输指令，包括子程序调用和链接指令、软件中断指令、寻址空间64MB。

版本V2架构：该版本架构扩展了版本V1，如ARM2和ARM3(V2a版本)架构。增加的功能包括乘法和乘加指令，支持协处理器操作指令，快速中断模式，SWP/SWPB最基本的存储器和寄存器交换指令，以及64MB的寻址空间。

V3架构：该版本对ARM架构做了很大的改动，将寻址空间增加到32位(4GB)，增加了当前程序状态寄存器CPSR和程序状态保存寄存器SPSR，方便异常处理。增加了两种处理器模式：中止和未定义。ARM6采用了这个版本的结构。指令集的变化包括增加了访问新增加的CPSR /SPSR寄存器的MRS/MSR指令和增加了从异常处理返回的指令函数。

V4架构：V4架构是目前应用最广泛的ARM架构，进一步扩展到了V3架构，有的还推出了16位Thumb指令集，使得ARM的使用更加灵活。ARM7、ARM9和StrongARM都采用了这个版本的结构。其指令集中增加的功能包括符号和无符号半字和符号字节的存储/检索指令，增加了16位Thumb指令集，改进了软件中断SWI指令的功能，在处理器系统模式中引入特权模式时使用用户寄存器操作，以及将一些未使用的指令空间捕获为未定义指令。

V5架构：在V4的基础上增加了一些新的指令。ARM10和XScale都采用了这个版本的架构。这些新指令包括带链接和交换的转移BLX指令、计数前导零计数CLZ指令、BRK中断指令、信号处理指令(V5TE版)以及更多用于协处理器的可选指令。

V6架构：ARM架构V6发布于2001年。基本特性包括100%兼容以前的系统，SIMD媒体扩展，使媒体处理速度快1.75倍，改进的内存管理，提高系统性能30%，改进的Endian和错位数据支持，使小端系统支持大端数据(如TCP/IP)，许多RTOS是小端的，改善实时系统的中断响应时间，将最坏情况下的响应时间从35。

V7架构：ARM架构V7发布于2005年。它使用Thumb-2技术，可带来更高的性能、功效和代码密度。首次采用强大的信号处理扩展集，加速H.264和MP3的编解码。M3处理器采用V7架构。

ARM处理器内核使用的架构如下表所示。

ARM内核采用的架构

ARM内核的分类ARM微处理器目前包括以下系列，以及其他厂商基于ARM架构的处理器，除了采用

除了ARM架构的共同特点外，各个系列的ARM微处理器都有自己的特点和应用领域。

-arm 7系列

-arm 9系列

-arm9e系列

-arm 10 e系列

-arm 11系列

-皮质系列

-securcore系列

- OptimoDE数据引擎

-英特尔的Xscale

-英特尔的StrongARM ARM11系列

其中ARM7、 ARM9、 ARM 9e和ARM10是四个通用处理器系列，每个系列都提供了一套相对独特的性能，以满足不同应用领域的需求。SecurCore系列专为具有高安全要求的应用而设计。

Axxia 4500通信处理器基于28 nm工艺的ARM 4核Cortex-A15处理器，搭载ARM全新的CoreLink CCN-504 cache coherence互联技术，实现安全、低功耗、最佳性能。

ARM在经典处理器ARM11之后的产品都以Cortex命名，分为A、R、M三类，以便为各个市场提供服务。

Cortex-A57、A53处理器Cortex-A53、Cortex-A57两款处理器都属于Cortex-A50系列，首次采用64位ARMv8架构意义重大，也是ARM近期刚刚发布的两款产品。

Cortex-A57是ARM最先进、性能最高的应用处理器，号称在同等功耗水平下，性能达到当今顶级智能手机的三倍。Cortex-A53是世界上最节能、最小的64位处理器，在相同性能下，其能效是当今高端智能手机的3倍。这两个处理器也可以集成到一个手臂大。小处理器架构，可以根据计算需求在两者之间切换，从而结合高性能和高能效的特点，两个处理器独立运行。

Cortex-A15处理器架构分析ARM Cortex-A15处理器属于Cortex-A系列，基于ARMv7-A架构。这是迄今为止业界性能最高、可授权的处理器。

Cortex-A15 MPCore处理器具有无序超标量流水线和紧密耦合的低延迟L2高速缓存，最大大小为4MB。浮点和NEON媒体性能的其他改进使设备能够为消费者提供下一代用户体验，并为Web基础设施应用提供高性能计算。Cortex-A15处理器可用于智能手机、平板电脑、移动计算、高端高清多媒体、服务器和无线基础设施。

理论上，Cortex-A15 MPCore处理器的移动配置可以提供当前先进智能手机的5倍以上的性能。在高级基础设施应用中，Cortex-A15最高可运行2.5GHz，这将支持高度可扩展的解决方案，持续降低功耗、冷却和成本预算。

应用案例：三星Exynos 5250。三星Exynos 5250芯片是首款A15芯片，应用于最近发布的Chromebook和Nexus 10平板电脑。Exynos 5250主频1.7GHz，采用32 nm HKMG工艺，搭载Mali-604 GPU，性能强劲。此外，传闻三星下一代Galaxy S4将配备四核Exynos 5450芯片组，该芯片组也使用Cortex-A15内核。此外，英伟达Tegra 4将采用A15内核。