本文将解释arm计算机体系结构的组织方式,包括其isa,执行状态,体系结构和处理器系列。
arm是处理器行业中无处不在的名称,arm核心几乎可以在任何需要计算能力的现代设备中找到。这包括网络路由器,打印机,智能手机,台式机显示器,医疗设备,机器人,甚至冰箱。arm芯片已经在住宅,商业和工业应用中使用。但随着armv8的出现,该架构的功能和市场潜力发生了根本转变。
arm计算机体系结构
由于arm许可其架构,因此有arm设计的微体系结构和第三方微体系结构。arm发布了一个架构,其他公司可以在自己的设计中实现它。实际上,arm参考手册没有列出任何特定的微体系结构,而是定义了“抽象机器的行为,称为处理元素”。只要实现符合此定义的行为,它们就可以被视为arm核心。例如,apple,nvidia,qualcomm和samsung等公司都设计了自己的arm微体系结构,实现了特定的arm架构。
arm系列芯片封装了使用特定指令集的特定体系结构。最初的arm系列是arm1,它使用了armv1架构,以及32位isa,简称为arm。
随着架构的发展,增加了新功能,包括armv4t架构中的新指令集。该指令集称为thumb,是arm isa的16位重新编码子集。thumb允许比arm更大的代码密度。它的后继产品thumb-2允许16位和32位指令,同时提供比arm更高的代码密度和比thumb更高的性能。
arm 指令集架构和执行状态
随着第一个64位arm架构armv8的发布,对isa的澄清变得恰当。最初的32位arm isa重新命名为a32,而新的64位isa则被称为a64。thumb变成了t32。a32和t32虽然向后兼容以前的版本,但在armv8中进行了扩展。
为了保持与早期版本的兼容性,armv8引入了两个新的执行状态:aarch32和aarch64。它们分别是32位和64位模式。在aarch32状态下,使用a32和t32指令集,而aarch64使用a64。
arm架构
arm架构很容易被发现,因为它们的名字总是有一个'v'。如前所述,armv1是第一个arm架构,而armv4t则引入了thumb指令集。arm11系列包括armv6架构以及其他一些变体,如armv6t2和armv6k。在arm11之后,这些家族被重新组织成了cortex系列。截至目前,三个cortex系列包括所有armv7和armv8架构。
iphone 5s采用了apple-a7 soc,其中包括一个64位arm核心,使其成为智能手机中首款64位处理器。微架构实现了armv8架构,由apple设计,名为cyclone。最新的raspberry pi是一款流行的单板计算机,它使用armv8核心,但由于操作系统和内存限制,它在aarch32状态下运行。核心使用arm设计的微架构,称为cortex-a53。
cortex系列
现代arm系列是cortex系列,包括三种架构配置文件:cortex-a,cortex-r和cortex-m。具有此名称的任何核心都是由arm内部设计的微架构。
cortex-a系列主要被认为是具有os和第三方应用程序支持的应用程序处理器。这意味着他们最终可能会进入应用密集型智能手机甚至是服务器。cortex-a有32位(armv7-a)和64位(armv8-a)。raspberry pi 3使用cortex-a53 arm核心,实现了armv8-a架构。
cortex-r系列架构armv7-r和armv8-r针对高性能实时应用进行了优化。这些处理器具有更好的容错能力,在安全关键应用中表现良好,包括医疗设备,工业控制系统和安全仪表系统。
cortex-m系列是一组按比例缩小的低成本32位arm内核,由armv6-m,armv7-m和armv8-m组成。该系列处理器面向微控制器,asic,fpga和soc应用。在与8位mcu市场的直接竞争中,嵌入到更大的soc中的32位cortex-m内核可以是一个非常强大的组合。cortex-m还通过arm mbed mcu和os等平台在物联网应用中找到了一席之地。

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