arm体系与其架构发展和常见文档

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1、 1 目目录录 ARM 发展2 主要分类.2 Cortex-A57、A53 处理器.3 Cortex-A15 处理器架构解析4 Cortex-A12 处理器架构解析7 Cortex-A9 处理器架构解析9 Cortex-A8 处理器架构解析11 Cortex-A7 处理器架构解析13 Cortex-A5 处理器架构解析15 ARM11 系列处理器架构解析 18 ARM9 系列和 ARM7 系列处理器架构解析21 ARM7 系列处理器.23 Cortex-M 系列处理器24 Cortex-M0.25 Cortex-M0+.26 Cortex-M1.27 Cortex-M3.27 Cortex-M

2、4.28 补充.29 2 ARM 发展 ARM 公司是苹果、Acorn、VLSI、Technology 等公司的合资企业。ARM 将其技术授权 给世界上许多著名的半导体、 软件和 OEM 厂商， 每个厂商得到的都是一套独一无二的 ARM 相关技术及服务。ARM 公司是一家知识产权（IP）供应商，它与一般的半导体公司最大的 不同就是不制造芯片且不向终端用户出售芯片， 而是通过转让设计方案， 由合作伙伴生产出 各具特色的芯片。ARM 公司利用这种双赢的伙伴关系迅速成为了全球性 RISC 微处理器标 准的缔造者。这种模式也给用户带来巨大的好处，因为用户只掌握一种 ARM 内核结构及其 开发手段，就能

3、够使用多家公司相同 ARM 内核的芯片。 主主要要分分类类 前不久 ARM 正式宣布推出新款 ARMv8 架构的 Cortex-A50 处理器系列产品， 以此来 扩大 ARM 在高性能与低功耗领域的领先地位， 进一步抢占移动终端市场份额。 Cortex-A50 是继 Cortex-A15 之后的又一重量级产品， 将会直接影响到主流 PC 市场的占有率。 围绕该 话题，我们今天不妨总结一下近几年来手机端较为主流的 ARM 处理器。 3 以由高到低的方式来看，ARM 处理器大体上可以排序为：Cortex-A57 处处理理器器、 Cortex-A53 处处理理器器、Cortex-A15 处处理理器器

4、、Cortex-A12 处处理理器器、Cortex-A9 处处理理 器器、Cortex-A8 处处理理器器、Cortex-A7 处处理理器器、Cortex-A5 处处理理器器、ARM11 处处理理器器、 ARM9 处处理理器器、ARM7 处处理理器器，再往低的部分手机产品中基本已经不再使用，这里就不再 介绍。 ARM 处理器架构发展 Cortex-A57、A53 处处理理器器 Cortex-A53、Cortex-A57 两款处理器属于 Cortex-A50 系列，首次采用 64 位 ARMv8 架构，意义重大，这也是 ARM 最近刚刚发布的两款产品。 4 Cortex-A57 是 ARM 最先

5、进、性能最高的应用处理器，号称可在同样的功耗水 平下达到当今顶级智能手机性能的三倍；而 Cortex-A53 是世界上能效最高、面积最小的 64 位处理器， 同等性能下能效是当今高端智能手机的三倍。 这两款处理器还可整合为 ARM big.LITTLE（大小核心伴侣）处理器架构，根据运算需求在两者间进行切换，以结合高性 能与高功耗效率的特点，两个处理器是独立运作的。 应用案例：预计于 2014 年推出。 Cortex-A15 处处理理器器架架构构解解析析 ARM Cortex-A15 处理器隶属于 Cortex-A 系列，基于 ARMv7-A 架构，是业界迄今 为止性能最高且可授予许可的处理器

6、。 5 Cortex-A15 MPCore 处理器具有无序超标量管道，带有紧密耦合的低延迟 2 级高速 缓存，该高速缓存的大小最高可达 4MB。浮点和 NEON 媒体性能方面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 基础结构应用提供高性能计算。Cortex-A15 处理器可以应用在智能手机、平板电脑、移动计算、高端数字家电、服务器和无线基础结构 等设备上。 6 理论上，Cortex-A15 MPCore 处理器的移动配置所能提供的性能是当前的高级智 能手机性能的五倍还多。在高级基础结构应用中，Cortex-A15 的运行速度最高可达 2.5GHz，这将支持在不断降低功耗、

7、散热和成本预算方面实现高度可伸缩的解决方案。 应用案例：三星 Exynos 5250。三星 Exynos 5250 芯片是首款 A15 芯片，应用在 了最近发布的 Chromebook 和 Nexus 10 平板电脑上面。Exynos 5250 的频率是 1.7GHz，采用 32 纳米的 HKMG 工艺，配备了 Mali-604 GPU，性能强大。另外据传三 星下一代 Galaxy S4 将会搭载四核版的 Exynos 5450 芯片组，同样应用 Cortex-A15 内 核。另外 NVIDIA Tegra 4 会采用 A15 内核。 7 Cortex-A12 处处理理器器架架构构解解析析 2

8、013 中旬，ARM 发布了全新的 Cortex-A12 处理器，在相同功耗下，Cortex-A12 的性能上比 Cortex-A9 提升了 40%，同时尺寸上也同样减小了 30%。Cortex-A12 也同 样能够支持 big.LITTLE 技术，可以搭配 Cortex-A7 处理器进一步提升处理器的效能。 Cortex-A12 架构图 ARM 表示 Cortex-A12 处理器未来将应用于大量的智能手机以及平板产品，但更加侧 重于中端产品。同时 ARM 也预计在 2015 年，这些中端产品在数量上将远超过旗舰级别的 智能手机及与平板。 8 搭载 Cortex-A12 处理器的中端机在未来也

9、将是非常有特点的产品， 因为 Cortex-A12 能够支持虚拟化、AMD TrustZone 技术，以及最大 1TB 的机身存储。这也就意味着未来 搭载这一处理器的智能手机完全可以作为所谓的 BYOD（Bring Your Own Device）设备 使用，换句话说就是在作为自用手机的同时，还可以用作商务手机存储商务内容。 Mali-V500 架构图 同时 Cortex-A12 也搭载了全新的 Mali-T622 绘图芯片与 Mali-V500 视频编解码 IP 解决方案， 同样也是以节能为目标。 这样看来， 定位中端市场， 低功耗小尺寸， Cortex-A12 最终必然会取代 Cortex

10、-A9。据悉，Cortex-A12 将于 2014 年投放市场，到时候我们也 9 许会迎来中端市场的一次改变。 Cortex-A9 处处理理器器架架构构解解析析 ARM Cortex-A9 处理器隶属于 Cortex-A 系列，基于 ARMv7-A 架构，目前我们能见 到的四核处理器大多都是属于 Cortex-A9 系列。 Cortex-A9 处理器的设计旨在打造最先进的、高效率的、长度动态可变的、多指令执 行超标量体系结构，提供采用乱序猜测方式执行的 8 阶段管道处理器，凭借范围广泛的消 费类、网络、企业和移动应用中的前沿产品所需的功能，它可以提供史无前例的高性能和高 能效。 10 Cort

11、ex-A9 微体系结构既可用于可伸缩的多核处理器（Cortex-A9 MPCore 多 核处理器），也可用于更传统的处理器（Cortex-A9 单核处理器）。可伸缩的多核处理器 和单核处理器支持 16、32 或 64KB 4 路关联的 L1 高速缓存配置，对于可选的 L2 高 速缓存控制器，最多支持 8MB 的 L2 高速缓存配置，它们具有极高的灵活性，均适用于 特定应用领域和市场。 11 应用案例：德州仪器 OMAP 4430/4460、Tegra 2、Tegra 3、新岸线 NS115、 瑞芯微 RK3066、联发科 MT6577、三星 Exynos 4210、4412、华为 K3V2 等

12、。另外高 通 APQ8064、MSM8960、苹果 A6、A6X 等都可以看做是在 A9 架构基础上的改良版本。 Cortex-A8 处处理理器器架架构构解解析析 ARM Cortex-A8 处理器隶属于 Cortex-A 系列，基于 ARMv7-A 架构，是我们目前使 用的单核手机中最为常见的产品。 12 ARM Cortex-A8 处理器是首款基于 ARMv7 体系结构的产品，能够将速度从 600MHz 提高到 1GHz 以上。Cortex-A8 处理器可以满足需要在 300mW 以下运行的移 动设备的功率优化要求；以及需要 2000 Dhrystone MIPS 的消费类应用领域的性能优

13、化 要求。 13 Cortex-A8 高性能处理器目前已经非常成熟，从高端特色手机到上网本、DTV、 打印机和汽车信息娱乐，Cortex-A8 处理器都提供了可靠的高性能解决方案。 应用案例：MYS-S5PV210 开发板、TI OMAP3 系列、苹果 A4 处理器（iPhone 4）、三星 S5PC110（三星 I9000）、瑞芯微 RK2918、联发科 MT6575 等。另外，高 通的 MSM8255、MSM7230 等也可看做是 A8 的衍生版本。 Cortex-A7 处处理理器器架架构构解解析析 ARM Cortex-A7 处理器隶属于 Cortex-A 系列，基于 ARMv7-A 架

14、构，它的特点是在保证性能 的基础上提供了出色的低功耗表现。 14 Cortex-A7 处理器的体系结构和功能集与 Cortex-A15 处理器完全相同，不同这处 在于，Cortex-A7 处理器的微体系结构侧重于提供最佳能效，因此这两种处理器可在 big.LITTLE（大小核大小核心伴侣结构）配置中协同工作，从而提供高性能与超低功耗的 终极组合。单个 Cortex-A7 处理器的能源效率是 ARM Cortex-A8 处理器的 5 倍，性能提 升 50%，而尺寸仅为后者的五分之一。 15 作为独立处理器， Cortex-A7 可以使 2013-2014 年期间低于 100 美元价格点的入门 级

15、智能手机与 2010 年 500 美元的高端智能手机相媲美。这些入门级智能手机在发展中世 界将重新定义连接和 Internet 使用。 应用案例：全志 Cortex-A7 四核平板芯片，联发科刚刚发布的 MT6589。 Cortex-A5 处处理理器器架架构构解解析析 ARM Cortex-A5 处理器隶属于 Cortex-A 系列，基于 ARMv7-A 架构，它是能效 最高、成本最低的处理器。 16 Cortex-A5 处理器可为现有 ARM9 和 ARM11 处理器设计提供很有价值的迁移途 径，它可以获得比 ARM1176JZ-S 更好的性能，比 ARM926EJ-S 更好的功效和能效。另

16、 外，Cortex-A5 处理器不仅在指令以及功能方面与更高性能的 Cortex-A8、Cortex-A9 和 Cortex-A15 处理器完全兼容，同时还保持与经典 ARM 处理器（包括 ARM926EJ-S、 ARM1176JZ-S 和 ARM7TDMI）的向后应用程序兼容性。 17 应用案例： 高通 MSM7227A/7627A （新渴望 V、 摩托罗拉 XT615、 诺基亚 610、 中兴 V889D、摩托罗拉 DEFY XT 等）、高通 MSM8225/8625（小辣椒双核版、华为 U8825D、天语 W806+、innos D9、酷派 7266 等）、米尔 MYD-SAMA5D3X 系列开 发板（MYD-SAMA5D31、MYD-SAMA5D33、 MYD-SAMA5D34、MYD-SAMA5D35） 。 18 MYD-SAMA5D3X 开发板 ARM11 系系列列处处理理器器架架构构解解析析 ARM11