ARM基础知识教程（一）：ARM简介

ARM基础知识教程（一）：ARM简介 ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。 　　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。利用这种合伙关系，ARM很快成为许多全球性RISC标准的缔造者。 　　目前，总共有30家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议，其中包括Intel、IBM、LG半导体、NEC、SONY、菲利浦和国民半导体这样的大公司。至于软件系统的合伙人，则包括微软、升阳和MRI等一系列知名公司。 ### ARM基础知识教程（一）：ARM简介 #### ARM概述 ARM（Advanced RISC Machines）是一家在微处理器行业中占据重要地位的企业，专注于设计高性能、低成本、低功耗的RISC（Reduced Instruction Set Computing，精简指令集计算）处理器及其相关技术和软件。ARM的技术以其卓越的性能、低廉的成本和节能特性而闻名，广泛应用于多个领域，如嵌入式控制、消费/教育类多媒体、数字信号处理(DSP)和移动设备等。 #### 技术授权模式 ARM采取了一种独特且高效的商业模式——技术授权模式。通过这一模式，ARM将其核心技术和服务授权给世界各地众多知名的半导体、软件和原始设备制造商(OEM)。每一个合作伙伴都能够获得一套独特的ARM技术和服务，这使得ARM能够迅速成为全球RISC标准的重要推动者之一。 目前，已有超过30家半导体企业与ARM签署了硬件技术许可协议，这些合作伙伴包括Intel、IBM、LG半导体、NEC、Sony、Philips和National Semiconductor等行业巨头。在软件领域，微软、Sun Microsystems和MRI等知名公司也是ARM的重要合作伙伴。 #### 产品系列介绍 ARM提供了一系列的内核、体系扩展、微处理器和系统级芯片(SoC)解决方案。这些产品均采用通用的软件体系，理论上可以在所有ARM产品中运行相同的软件，这极大地简化了软件开发过程。 - **CPU内核**： - **ARM7**：一款小型、快速、低功耗的RISC内核，非常适合移动通信设备。 - **ARM7TDMI (Thumb)**：结合了ARM7指令集和Thumb扩展，旨在减少内存占用并降低成本，同时还集成了ICE调试技术和DSP扩展以提升性能。该内核被广泛应用于数字手机和硬盘驱动器中。 - **ARM9TDMI**：采用了5级流水线的ARM9内核，具备Thumb扩展、ICE调试技术和哈佛总线结构。在相同制造工艺下，它的性能是ARM7TDMI的两倍，适用于网络连接和机顶盒等应用场景。 - **体系扩展**： - **Thumb**：这是一种16位编码技术，能够在不牺牲性能的前提下，大幅度降低内存需求，特别适合那些内存资源有限的应用场景。 - **嵌入式ICE调试**：集成了类似于In-Circuit Emulator (ICE)的CPU内核调试技术，极大简化了原型设计和系统级芯片的调试过程。 - **微处理器**： - **ARM710系列**：包括ARM710、ARM710T、ARM720T和ARM740T，是一系列低成本、低功耗的封装式常规系统微处理器，配备了高速缓存、内存管理单元(MMU)、写缓冲和JTAG接口。广泛应用于手持设备、数据通信和消费类多媒体设备中。 - **ARM940T、920T系列**：同样是低成本、低功耗的高性能系统微处理器，同样配备了高速缓存、MMU和写缓冲，适用于高级引擎管理、安全系统、机顶盒、便携式计算机和高端打印机等。 - **StrongARM**：这是一种高性能的微处理器技术，最初由ARM与DEC合作开发，后来授权给了Intel。它在常规应用中表现出色，包括SA110处理器、SA1100 PDA系统芯片和SA1500多媒体处理器芯片等。 - **高度集成的单芯片RISC计算机**： - **ARM7500和ARM7500FE**：这两款高度集成的单芯片RISC计算机基于缓存式的ARM732位内核，集成了内存控制器、I/O控制器、三个DMA通道、片上视频控制器和调色板以及立体声端口。ARM7500FE还额外集成了浮点运算单元(FPU)和对EDO DRAM的支持，非常适合电视机顶盒和网络计算机(NC)。 #### ARM与Microsoft PocketPC的关系 ARM与微软之间的合作关系也非常紧密。微软在评估了多种嵌入式处理器（如SH3、MIPS和ARM）之后，最终选择了ARM作为Windows CE PocketPC的唯一支持平台。微软认为ARM具有更好的性价比，在手持设备市场上占据了超过90%的市场份额。通过仅支持ARM，微软能够有效缩短应用程序的开发和测试时间，降低研发成本。此外，ARM的开放授权模式也有利于保持市场竞争活力。 #### ARM架构特点 ARM架构的核心优势在于其精心设计的体系结构和先进的器件技术。ARM系列的第一个RISC芯片设计始于1985年，采用了典型的32位RISC架构。ARM指令集中的每条指令都有4位寄存器地址字段，能够访问16个寄存器(R0-R15)。除了这些寄存器外，其他寄存器只能在特定情况下访问。ARM指令使用固定长度的32位指令格式，每条指令包含4位条件码，用于决定指令是否执行。这种方式有助于提高代码密度和性能。 ARM不仅在其核心技术和产品方面有着显著的优势，而且通过灵活的合作模式和技术授权，成功地在全球范围内建立了广泛的生态系统，成为了嵌入式计算领域不可或缺的一部分。