ARM架构

原文：

ARM 架构支持跨广泛性能点的产品实现。ARM 处理器的架构十分简单，一直以来已成为许多细分市场中的领先架构，因而可进行极小型化的产品实现，而小型化就意味着设备的功耗非常低。实现规模、性能和非常低的功耗是 ARM 架构的关键特性。

基于 RISC 原理，其中包括：

• 大型统一寄存器文件
• 加载/存储架构，其中的数据处理操作只针对寄存器内容，并不直接针对内存内容
• 简单寻址模式，所有加载/存储地址只通过寄存器内容和指令字段确定。
  

此外，ARM 架构还包括某些可改进代码密度和性能的其他主要特性：

• 可组合使用转换与算术或逻辑运算的指令
• 用于优化程序循环的自动递增和自动递减寻址模式
• 加载和存储多个指令以使数据吞吐量最大化
• 几乎所有指令都采取条件执行的方式以使执行吞吐量最大化。
  

这些对基本 RISC 架构的增强使 ARM 处理器可以实现较高性能、较小代码大小、较低功耗和较小硅面积的良好平衡。

ARM 架构一方面在各个实现之间保持了很高的兼容性，一方面也在不断地改进。

• ARMv4T 架构引进了 16 位 Thumb? 指令集和 32 位 ARM 指令集，目的是在同一个架构中同时提供高性能和领先的代码密度。16 位 Thumb 指令集相对于 32 位 ARM 指令集可缩减高达 35% 的代码大小，同时保持 32 位架构的优点。
  示例处理器- ARM7TDMI?
• ARMv5TEJ 架构引入了对数字信号处理 (DSP) 算法（如饱和算术）以及 Jazelle? Java 字节代码引擎的算术支持以实现 Java 字节代码的硬件执行，从而改善用 Java 编写的应用程序的性能。与非 Java 加速的内核相比，Jazelle 将 Java 执行速度提高 8 倍，并且将功耗降低 80%。许多基于 ARM 处理器的便携式设备都已采用此架构，以便在游戏和多媒体应用程序的性能方面提供显著改进的用户体验。
  示例处理器 - 和
• ARMv6 架构引进了包括单指令多数据 (SIMD) 运算在内的一系列新功能。SIMD 扩展已针对多种软件应用程序（包括视频编解码器和音频编解码器）进行优化，对于这些软件应用程序，SIMD 扩展最多可将性能提升四倍。此外，还引进了作为 ARMv6 架构的变体的 Thumb-2 和 TrustZone 技术。
  示例处理器 - 和
• ARMv6M 架构针对低成本、高性能设备而设计，为以前由 8 位设备占主导地位的市场提供功能强大的 32 位解决方案。通过其 16 位 Thumb 指令集架构，设计人员能够设计出门数极少但又分经济实用的设备。一致的中断处理结构和程序员模型为所有 Cortex-M 系列处理器（从 Cortex-M0 到 Cortex-M3 处理器）提供了一个完全向上兼容的途径。
  示例处理器 - 和
• ARMv7 架构向目标应用提供一组自定义配置文件。所有 Cortex 处理器都实现了 ARMv7 架构（实现 ARMv6M 的 Cortex-M 系列处理器除外）。所有 ARMv7 架构配置都实现了 Thumb-2 技术（经过优化的 16/32 位混合指令集），在保留与现有 ARM 解决方案的代码完全兼容的同时，既具有 32 位 ARM ISA 的性能优点，又具有 16 位 Thumb ISA 的代码大小优点。ARMv7 架构还包括 NEON? 技术扩展，可将 DSP 和媒体处理吞吐量提升高达 400%，并提供改进的浮点支持以满足下一代 3D 图形和游戏物理学以及传统嵌入式控制应用程序的需要。Cortex 架构旨在横跨各种应用领域（从成本少于 1 美元的微控制器到功能强大，运行速度超过 2GHz 的多核设计）。此架构分为 3 种配置文件：
• 
  
  • Cortex-A — 应用配置文件，它基于 MMU（内存管理单元）、用于多媒体应用程序的可选 NEON 处理单元以及支持半精度、单精度和双精度运算的高级硬件浮点单元来实现虚拟内存系统架构。它适用于高端消费电子设备、网络设备、移动互联网设备和企业设备市场。
    示例处理器 - , 和
  • Cortex-R — 实时配置文件，它基于 MPU（内存保护单元）来实现受保护的内存系统架构，适用于高性能实时控制系统（包括汽车和大容量存储设备）。
    示例处理器 -
  • Cortex-M — 微控制器配置文件，用于进行快速中断处理，适用于需要高确定性行为和极少门数的成本敏感型设备。
    示例处理器 -
    

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