Arm架构解析，了解你所不知道的？复合滤布

Arm架构解析，了解你所不知道的？

本文将解析Arm架构的组成，包括其ISA，执行状态，体系结构和处理器系列。

Arm在处理器行业无人不知无人不晓，而且无处不在，你几乎可以在目前的大多数电子产品中找到关于Arm的核心，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，甚至是冰箱，洗衣机等这些我们常见的家电设备。说白了，Arm核已经在住宅，商业和工业应用等众多领域中都有使用，不过但随着Armv8的出现，该架构的功能和市场潜力发生了根本转变。如果您对Armv8感兴趣，可以阅读最新的Arm Architecture参考手册：一个7500页左右的说明文档。

考虑到这一点，下面我们就来看看Arm计算机架构是如何从高级别以及Armv8这些特性来改变我们对以前的Arm处理器的了解。

Arm计算机架构

由于Arm公司的策略，其架构是许可授权的，因此有很多基于Arm设计的微体系结构和第三方微体系结构。Arm每发布了一个新架构，其他公司可以在自己的设计中去实现它。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核有不同的家族系统，每种系列都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 ISA和执行状态

随着第一个64位Arm架构的Armv8的发布，对ISA的澄清变得非常有必要。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架构的芯片是很容易辨别的，因为它们的名字总是有一个'v'。如上面所讲的，Armv1是第一个Arm架构，而Armv4T则引入了Thumb指令集。Arm11系列包括Armv6架构以及其它一些变体，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，这也是智能手机中的首款64位处理器。此处理器的架构采用Armv8架构，由Apple设计，名为Cyclone。

又比如现在最新的单板计算机树莓派3B+同样使用了Armv8核心，但由于操作系统和内存限制，它在AArch32状态下运行，核心为Cortex-A53。

Arm Cortex系列

现在的Arm家族都是Cortex系列，包括三种架构：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。这意味着它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分为32位（Armv7-A）和64位（Armv8-A）。如上所示，树莓派3B+使用Cortex-A53 Arm核心，实现了Armv8-A架构。

Cortex-R系列有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，嵌入到更强大的SoC中的32位Cortex-M内核可以是一个非常强大的组合，Cortex-M还可以在Arm Mbed MCU和OS等平台在物联网应用中找到了一席之地。

结论

在本文中，我们对Arm计算机体系结构进行了进一步的剖析，重点关注它们使用的不同体系结构和指令集。另外我们还研究了Armv8核心中的不同执行状态以及不同的体系结构如何分类到系列中。具体来说，我们研究了Cortex系列Arm内核以及如何根据应用和案例划分处理器系列。如果您不熟悉底层架构和分类，那么为你的设计或项目选择合适的Arm处理器可能会很困难并且令人困惑，而今你明白了这些字母和数字的含义，你将更快地选择更合适的应用。

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