ARM架構(gòu),過去稱作進階精簡指令集機器(Advanced RISC Machine,更早稱作:Acorn RISC Machine),是一個32位精簡指令集(RISC)處理器架構(gòu),被廣泛地使用在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計。由于節(jié)能的特點,ARM處理器非常適用于行動通訊領(lǐng)域,符合其主要設(shè)計目標為低耗電的特性。
在今日,ARM家族占了所有32位嵌入式處理器75%的比例,使它成為占全世界最多數(shù)的32位架構(gòu)之一。ARM處理器可以在很多消費性電子產(chǎn)品上看到,從可攜式裝置(PDA、移動電話、多媒體播放器、掌上型電子游戲,和計算機)到電腦外設(shè)(硬盤、桌上型路由器)甚至在導彈的彈載計算機等軍用設(shè)施中都有他的存在。在此還有一些基于ARM設(shè)計的派生產(chǎn)品,重要產(chǎn)品還包括Marvell的XScale架構(gòu)和德州儀器的OMAP系列。說的直白一些,ARM相當于移動領(lǐng)域的x86,全球有超過95%的移動設(shè)備采用ARM設(shè)計架構(gòu)的處理器。
1985年,Roger Wilson和Steve Furber設(shè)計了他們自己的第一代32位、6MHz的處理器,用它做出了一臺RISC指令集的計算機,簡稱ARM(Acorn RISC Machine)。這就是第一代ARM處理器 ARM1。隨后,改良版的ARM2也被研發(fā)出來。ARM2被用在BBC Archimedes 305上。
后來 Acorn 被 Olivetti 收購,在 Andy Hopper 的提一下,1990年11月27日,Advanced RISC Machines Ltd.(簡稱 ARM)被分拆出來,正式成為一家獨立的處理器公司。由蘋果公司出資150萬英鎊,芯片廠商 VLSI 出資25萬英鎊,Acorn 本身則以150萬英鎊的知識產(chǎn)權(quán)和12名工程師入股。公司的辦公地點非常簡陋,就是一個谷倉。
這個項目到后來進入“ARM6”,首版的樣品在1991年發(fā)布,然后蘋果計算機使用ARM6架構(gòu)的ARM 610來當作他們Apple Newton產(chǎn)品的處理器。在1994年,艾康計算機使用ARM 610做為他們個人計算機產(chǎn)品的處理器。
ARM產(chǎn)品的分類可以按照ARMv1、ARMv2、ARMv3、ARMv4等構(gòu)架來分類。從1983年開始,ARM內(nèi)核共有ARM1、ARM2、ARM6、ARM7、ARM9、ARM10、ARM11和Cortex以及對應的修改版或增強版組成,越靠后的內(nèi)核,初始頻率越高、架構(gòu)越先進,功能也越強。
ARM7微處理器系列
1994年推出,使用范圍最廣的 32 位嵌入式處理器系列。 0.9MIPS/MHz的三級流水線和馮諾依曼結(jié)構(gòu)。ARM7系列包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、帶有高速緩存處理器宏單元的ARM720T。該系列處理器提供Thumb 16位壓縮指令集和EmbededICE軟件調(diào)試方式,適用于更大規(guī)模的SoC設(shè)計中。ARM7TDMI基于ARM體系結(jié)構(gòu)V4版本,是目前低端的ARM核。
ARM9微處理器系列
ARM9采用哈佛體系結(jié)構(gòu),指令和數(shù)據(jù)分屬不同的總線,可以并行處理。在流水線上,ARM7是三級流水線,ARM9是五級流水線。由于結(jié)構(gòu)不同,ARM7的執(zhí)行效率低于ARM9。基于Arm9內(nèi)核的處理器,是具有低功耗,高效率的開發(fā)平臺。廣泛用于各種嵌入式產(chǎn)品。它主要應用于音頻技術(shù)以及高檔工業(yè)級產(chǎn)品,可以跑Linux以及Wince等高級嵌入式系統(tǒng),可以進行界面設(shè)計,做出人性化的人機互動界面,像一些網(wǎng)絡產(chǎn)品和手機產(chǎn)品。
ARM9E微處理器系列
ARM9E中的E就是Enhance instrcTIons,意思是增強型DSP指令,說明了ARM9E其實就是ARM9就一個擴充,變種。ARM9E系列微處理器為可綜合處理器,使用單一的處理器內(nèi)核提供了微控制器、DSP、Java應用系統(tǒng)的解決方案,極大的減少了芯片的面積和系統(tǒng)的復雜程度。ARM9E系列微處理器提供了增強的DSP處理能力,很適合于那些需要同時使用DSP和微控制器的應用場合。
ARM10E微處理器系列
ARM10E系列微處理器為可綜合處理器,使用單一的處理器內(nèi)核提供了微控制器、DSP、Java應用系統(tǒng)的解決方案,極大的減少了芯片的面積和系統(tǒng)的復雜程度。ARM9E系列微處理器提供了增強的DSP處理能力,很適合于那些需要同時使用DSP和微控制器的應用場合。ARM10E與ARM9E區(qū)別在于,ARM10E使用哈佛結(jié)構(gòu),6級流水線,主頻最高可達325MHz,1.35MIPS/HZ。
ARM11微處理器系列
ARM公司近年推出的新一代RISC處理器,它是ARM新指令架構(gòu)——ARMv6的第一代設(shè)計實現(xiàn)。該系列主要有ARM1136J,ARM1156T2和ARM1176JZ三個內(nèi)核型號,分別針對不同應用領(lǐng)域。ARM11的媒體處理能力和低功耗特點,特別適用于無線和消費類電子產(chǎn)品;其高數(shù)據(jù)吞吐量和高性能的結(jié)合非常適合網(wǎng)絡處理應用;另外,也在實時性能和浮點處理等方面ARM11可以滿足汽車電子應用的需求。
ARM公司在經(jīng)典處理器ARM11以后的產(chǎn)品改用Cortex命名,并分成A、R和M三類,旨在為各種不同的市場提供服務。
ARM Cortex-A 系列應用型處理器可向托管豐富OS平臺和用戶應用程序的設(shè)備提供全方位的解決方案,從超低成本手機、智能手機、移動計算平臺、數(shù)字電視和機頂盒到企業(yè)網(wǎng)絡、打印機和服務器解決方案。ARM在Cortex-A系列處理器大體上可以排序為:Cortex-A57處理器、Cortex-A53處理器、Cortex-A15處理器、Cortex-A9處理器、Cortex-A8處理器、Cortex-A7處理器、Cortex-A5處理器、ARM11處理器、ARM9處理器、ARM7處理器,再往低的部分手機產(chǎn)品中基本已經(jīng)不再使用。
ARM Cortex-R實時處理器為要求可靠性、高可用性、容錯功能、可維護性和實時響應的嵌入式系統(tǒng)提供高性能計算解決方案。Cortex-R 系列處理器通過已經(jīng)在數(shù)以億計的產(chǎn)品中得到驗證的成熟技術(shù)提供極快的上市速度,并利用廣泛的 ARM 生態(tài)系統(tǒng)、全球和本地語言以及全天候的支持服務,保證快速、低風險的產(chǎn)品開發(fā)。
ARM Cortex-M處理器系列是一系列可向上兼容的高能效、易于使用的處理器,這些處理器旨在幫助開發(fā)人員滿足將來的嵌入式應用的需要。這些需要包括以更低的成本提供更多功能、不斷增加連接、改善代碼重用和提高能效。Cortex-M 系列針對成本和功耗敏感的MCU和終端應用(如智能測量、人機接口設(shè)備、汽車和工業(yè)控制系統(tǒng)、大型家用電器、消費性產(chǎn)品和醫(yī)療器械)的混合信號設(shè)備進行過優(yōu)化。信號設(shè)備進行過優(yōu)化。