[架构之路-17]：目标系统 - 硬件平台 - ARM CPU架构与系列选型

目录

​​第1章 ARM概述​​

​​1.1 ARM的过去​​

​​1.2  ARM内核架构版本与ARM CPU家族的对应关系​​

​​1.3 ARM CPU家族系列​​

​​1.4 ARM cortex系列​​

​​第2章 ARM芯片系统设计​​

​​2.1 ARM SOC CPU总体架构​​

​​2.2 ARM CPU内部互联总线AMBA​​

​​2.3 调试工具​​

​​第3章 ARM CPU芯片的内部架构​​

​​3.1 CPU内部结构与编程模式​​

​​3.2 指令集​​

第1章 ARM概述

1.1 ARM的过去

1978年12月5日，物理学家赫尔曼·豪泽（Hermann Hauser）和工程师Chris Curry，在英国剑桥创办了CPU公司（Cambridge ​​Processing​​ Unit），主要业务是为当地市场供应电子设备。1979年，CPU公司改名为Acorn计算机公司。

80年代中期，Acorn的一个小团队要为他们的下一代计算机挑选合适的处理器，根据他们提供的技术需求，在当时的市场上无法找到合适的处理器，于是 Acorn决定自己设计一个处理器（真有魄力）。一个小团队仅仅用了18个月就完成了从设计到实现的全过程，这是一台RISC指令集的计算机，叫做 Acorn RISC Machine（简称ARM）。后来Acorn计算机公司没落了，而CPU处理器设计部门被分了出来，组成了一家新公司, 即ARM公司。

​​英国​​​ARM公司是全球领先的​​半导体知识产权​​​（IP）提供商。全世界超过95%的​​智能手机​​​和平板电脑都采用​​ARM架构​​​ [1]  。ARM设计了大量高性价比、耗能低的​​RISC​​​​处理器​​、相关技术及软件。2014年基于ARM技术的全年全球出货量是120亿颗，从诞生到现在为止基于ARM技术的芯片有600亿颗 [2]  。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。在智能机、平板电脑、嵌入控制、多媒体数字等处理器领域拥有主导地位。

1.2  ARM内核架构版本与ARM CPU家族的对应关系

ARM内核架构版本：V4~V7, 反应的指令集

ARM CPU家族：反应的是CPU芯片的型号。

1.3 ARM CPU家族系列

ARM 架构是构建每个 ARM 处理器的基础。随着时间的推移不断发展，ARM 架构自身也在不断的演进和发展。

 Cortex就是ARM公司一个系列处理器的名称。比如英特尔旗下处理器有​​酷睿​​​，​​奔腾​​​，​​赛扬​​。

ARM在最初的处理器型号都用数字命名，ARM 处理器的命名为 ARM+version，从第一代的 ARM1 到后来的 ARM11。随着市场的逐渐铺开，才分化出了 cortex-A、cortex-R、cortex-M 三个系列的命名方式，后续的处理器都就不再采用 ARM+version

在应用ARMv7架构后，推出了Cortex这一系列，老式的则命名为Classic系列。

1.4 ARM cortex系列

ARM处理器分为 A、R、M

cortex-A 系列，指的是 Application，主要是高性能的处理器。相比于其它两种处理器，特点是增加了内存管理单元 MMU，对于运行大型的Linux这样的应用操作系，MMU是必不可少的元件。

cortex-R 系列，指的是 Real-time，主要是实时性的特点。一个常见的认知误区是：实时性就是处理快，实时性是指只对外事件的响应快，而不是CPU处理能力块。但是事实上，实时性代表的是处理时间上的确定性和低延迟，即一个操作可以在指定的短时间内完成，MMU 引入的地址转换通常不能满足其实时性的要求，所以 R 系列处理器并不挂载 MMU。

cortex-M 系列，指的是 Microcontroller，即微处理器，主打中低端市场。真实应用场景中，更多的是大型中控搭配小型嵌入式控制系统，小型嵌入式节点通常是海量的，比如智能家居、物联网等等，这一种系统的特点在于低功耗、低成本，相当的高性能，在中低端市场，性价比通常是一个主要的衡量因素。cortex-主要应用在单片机市场，如STM32。

第2章 ARM芯片系统设计

2.1 ARM SOC CPU总体架构

 ARM Core：为执行指令的CPU核。

外设控制器：可以外界各种外部设备，包括I2C等低速串行总线，也可以包括以太网，PCIe等高速总线。

8bit ROM：启动程序

32bit RAM：片内RAM

16bit RAM：片外RAM

中断控制器：各种外部中断

2.2 ARM CPU内部互联总线AMBA

2.3 调试工具

 通过JTAG工具，可以完成如下的功能：

（1）下载程序到目标硬件的RAM中

（2）下载程序到目标硬件的ROM中

（3）单步跟踪执行程序。

第3章 ARM CPU芯片的内部架构

3.1 CPU内部结构与编程模式

3.2 指令集