一篇文章读懂ARM架构（附ARM授权使用方及相关产品目录）

当今处理器一共有三个最强大的架构，一个是以intel和AMD为代表的x86架构（CISC），另一个是手机、平板处理器所使用的ARM架构（RISC），最后一个是MIPS架构（RISC）。其中，x86和ARM架构是公认的在商业化进程中表现最为优秀的两大架构。ARM架构过去称作进阶精简指令机器（Advanced RISC Machine）,更早时期被称作Acorn RISC Machine,是一位32位精简指令集（RISC）处理器架构，被广泛地使用在嵌入式系统设计中。ARM属RISC类，走IP授权商业模式，不直接生产IC，采用Fabless方式运营。在技术上，ARM坚持走与Intel差异化的路线，从而形成了自己庞大的生态系统。说得直白一点，ARM相当于移动领域的x86,全球有超过95%的移动设备采用ARM设计架构的处理器。虽然ARM被软银收购了，不过这并不妨碍ARM的发展势头。凭借着低功耗、低廉价，ARM迅速在移动端杀出了一条血路，其系列家族占了所有32位嵌入式处理器的75%。今天咱们就来侃一侃伟大的ARM架构：

什么是ARM架构？有些人将“指令集体系结构”称为架构，这样就有了ARMv8架构、ARMv7-A架构、ARMv6架构等等，这些都是ARM设计的一些RISC指令集。所谓指令集体系结构，就是ARM公司推出的一整套的精简指令，它是计算机最低层的命令，比如说应用程序需要从内存读取数据，那么最后就是通过调用ARM设计的指令是实现内存读取。不过，也有人将ARM7、 ARM9、 ARM11以及Cortex等系列内核也称为架构。譬如，现在ARM主流的架构应该就是智能手机领域的Cortex-A系列架构、工业控制嵌入式领域的Cortex-M系列架构、对稳定性要求高的Cortex-R系列架构等。值得一提的是，ARM架构在不断演变的同时，仍保持了各个版本之间的兼容性。那么，为了清楚地表达每个ARM应用实例所使用的指令集，ARM公司定义了几种主要的ARM指令集结构版本，以版本号V1-V8表示。V1架构只要原型机ARM1出现过，只有26位寻址空间，没有用于商业产品。

ARM架构及其家族系列

ARMv2架构该版本架构对V1进行了扩展，例如ARM2和ARM3（V2a）架构。包含了对32位乘法指令和协处理器指令的支持。版本2a是版本2的变种，ARM3芯片采用了版本2a，是第一片采用Cache的ARM处理器。ARMv3架构ARM作为独立的公司，在1990年设计的第一个微处理器采用的就是版本3的ARM6。它作为IP核、独立的处理器、具有片上高速缓存、MMCU和写缓冲的集成CPU。变种版本有3G和3M。版本3G是不与版本2a相兼容的版本3。版本3M引入了有符号和无符号数乘法和乘加指令。ARMv4架构V4版架构在V3版上作了进一步扩充，V4版架构是目前应用最广的ARM架构，ARM7、ARM8、ARM9和Strong ARM均采用了该架构。V4不再强制要求与26位地址空间兼容，而且还明确了哪些指令会引起未定义指令异常。ARMv5架构V5版架构是在V4版基础上增加了一些新的指令，ARM10和Xscale都采用该版架构。这些新增命令有带有链接和交换的转移BLX指令；计数前导零CLZ指令；BRK中断指令；增加了数字信号处理指令（V5TE版）；为协处理器增加更多可选择的指令。ARMv6架构V6版架构于2001年正式发布，首先被应用在ARM11处理器。V6版架构在降低耗电量的同时，还强化了图形处理性能。它还引进了包括单指令多数据(SIMD) 运算在内的一系列新功能。通过追加有效进行多媒体处理的SIMD（Single Instruction,Multiple Data，单指令多数据）功能，将语音及图像的处理功能提高到了原型机的4倍。此外，还引进了作为ARMv6体系结构的变体的Thumb-2和TrustZone技术。ARMv7架构全新的ARMv7架构是在ARMv6架构的基础上诞生的。ARMv7架构采用了Thumb-2技术，它是在ARM的Thumb代码压缩技术的基础上发展出来的，并且保持了对已存ARM解决方案的完整的代码兼容性。此外，ARMv7还支持改良的运行环境，来迎合不断增加的JIT和DAC技术的使用。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图形和游戏以及传统嵌入式控制应用的需要。ARMv8架构ARMv8是ARM公司的首款支持64位指令集的处理器架构。由于ARM处理器的授权内核被广泛用于手机等诸多电子产品，故ARMv8架构作为下一代处理器的核心技术而受到普遍关注。ARMv8是在32位ARM架构上进行开发的，主要被用于对扩展虚拟地址和64位数据处理技术有更高要求的产品领域。ARMv8是近20年来，ARM架构变动最大的一次。它引入的Execution State、Exception Level、Security State等新特性，已经和我们对旧的ARM架构的认知。ARM授权方式ARM授权方式主要有三种：架构层级授权、内核层级授权、使用层级授权。譬如，苹果A6处理器使用的是ARMv7-A指令集，由于得到了ARM公司架构层级授权所以苹果公司可以对ARM架构进行大幅度改造，甚至可以对ARM指令集进行扩展或缩减，从而出现了苹果公司自己的“Swift架构”。而ST公司的STM32系列单片机是以ARM Cortex-M3内核为基础然后在加上自己的外设，最后形成了自己的MCU。TI公司并没有权限去对Cortex-M3内核进行改造，所以TI公司获得的应该是内核层级授权。以下是ARM授权使用方：CortexA系列产品系列授权使用方Cortex-A72处理器联发科、海思半导体、瑞芯微、MTK、QualcommCortex-A57处理器AMD、Broadcom、Calxeda、HiSilicon、STMicroelectronics、SamsungCortex-A53处理器AMD、Broadcom、SamsungCortex-A17处理器联发科、瑞昱、瑞芯微Cortex-A15处理器TexasInstruments、ST-Ericsson、NVIDIA、SamsungElectronicsCortex-A9处理器Broadcom  Corporation、Freescale、NEC  Electronics、NVIDIA、STMicroelectronics、Texas Instruments、Toshiba、Mindspeed Technologies、ZiiLABS、Open-Silicon、eSiliconCortex-A8处理器Broadcom  Corporation、Freescale、Panasonic、Samsung Electronics、STMicroelectronics、Texas Instruments、PMC-Sierra、ZiiLABSCortex-A7处理器Broadcom、Freescale、Fujitsu、HiSilicon、LGE、Samsung、STEricsson、Texas InstrumentsCortex-A5处理器Cambridge  Silicon Radio、Open-Silicon、eSiliconCortex-R系列产品系列授权使用方Cortex-R7处理器BroadcomCortex-R5处理器Texas  Instruments、Spansion、ScaleoChipCortex-R4处理器Broadcom  Corporation、Texas Instruments、Toshiba、Infineon、Open-Silicon、eSiliconCortex-M系列产品系列授权使用方Cortex-M7 处理器Spansion、Freescale、STMicroelectronics、NXP、AtmelCortex-M4处理器NXP、STMicroelectronics、Texas  Instruments、Freescale、Open-Silicon、eSiliconCortex-M3处理器Accent Srl、Actel Corporation、Broadcom  Corporation、Cypress 、Ember、Energy Micro、Fujitsu、NXP、Fuzhou Rockchip Electronics CO. Ltd.、STMicroelectronics、Texas  Instruments、Toshiba、Zilog、Open-Silicon、eSiliconCortex-M1处理器ActelCortex-M0+处理器Freescale、NXPCortex-M0处理器Austriamicrosystems、ChungbukTechnopark、NXP、TriadSemiconductor、Melfas、Open-Silicon、eSiliconSecurCore处理器产品系列授权使用方SC000SamsungElectronics、NXP、Atmel、STMicroelectronicsSC100SC300Classic处理器产品系列授权使用方ARM11系列Accent、BroadcomCorporation、Ceroma、eSiliconCorporation、Freescale、LSILogic、Matsushita、Mindspeed、NECElectronics、Qualcomm、Renesas、STMicroelectronics、TexasInstruments、Toshiba、Comsys、LSILogic、NECElectronics、BroadcomCorporation、InfineonTechnologiesAG、Matsushita、NECElectronics、NXP、Renesas、Sunplus、TexasInstruments、Toshiba、eSilicon、IntelCorporation、NECElectronics、Netronome、NVIDIA、PMCSierra、Renesas、Sarnoff、eSiliconARM9系列STMicroelectronics、Atmel、Avago、AnalogDevicesInc、Broadcom、Freescale、NXP、MoschipSemiconductor、Qualcomm、Samsung、Sony、TexasInStruments、Toshiba、Panasonic、eSilicon、Altera、Renesas等ARM7系列Intel、Infineon、Fujitsu、Atmel、Avago、AnalogDevicesInc、Broadcom、Freescale、NXP、Toshiba、Panasonic、eSilicon、Altera、Panasonic等基于ARM处理器/微控器的产品主要有：FresscaleARM®处理器/微控制器/控制器产品系列Kinetis微控制器Kinetis K系列、Kinetis E系列、Kinetis EA系列、Kinetis L系列、Kinetis M系列、Kinetis W系列、Kinetis V系列、KinetisMiniMCUi.MX应用处理器i.MX7系列、i.MX6系列、i.MX53系列、i.MX51系列、i.MX50系列、i.MX35系列、i.MX31系列、i.MX28系列、i.MX27系列、i.MX25系列、i.MX23系列32位基于ARM®的MCUMAC57Dxxx系列S32处理器和微控制器S32V200系列VFxxx控制器VFxxxF系列、VFxxxR系列QorIQ ARM处理器LS10系列、 LS2080ATexasInstrumentsARM®处理器产品系列基于ARM-Cortex-R4F处理器RM44L**系列、RM46L**系列、RM48L**系列、TMS570LS**系列基于ARM-Cortex-R5F处理器RM57L**系列、TMS570LC**系列基于ARM-Cortex-M3处理器TMS470**系列基于ARM-Cortex-M4F处理器MSP432**系列、TM4C12**系列QualcommARM®处理器产品系列ARM®Cortex™A57骁龙800系列处理器ARM® Cortex™ A72处理器骁龙600系列处理器ARM® Cortex™ A53 处理器骁龙400系列处理器ARM® Cortex™ A5处理器骁龙S4Play系列NXPARM®处理器/微控制器/控制器产品系列Cortex-M0+/M0LPC800系列、LPC1100系列、LPC1200系列Cortex-M3LPC1300系列、LPC1500系列、LPC1700系列、LPC1800系列Cortex-M4/M4FLPC408*系列、LPC407*系列Cortex-M0 & M4FLPC4300系列Cortex-M0+ & M4FLPC54100系列ARM7LPC2000系列ARM9LPC2900系列、LPC3000系列STMicroelectronicsARM®微控制器产品系列32位ARM Cortex MCUSTM32F0系列、STM32F1系列、STM32F2系列、STM32F3系列、STM32F4系列、STM32F7系列、STM32L0系列、STM32L1系列、STM32L4系列、STM32T系列、STM32W系列SamsungARM处理器产品系列ARM7S3C44B0ARM9S3C2410、S3C2416、S3C2440ARM11S3C6410Toshiba微处理器产品系列基于ARM内核的MCUTX00系列、TX03系列、TX04系列、TX09系列AtmelARM®处理器/微控制器产品系列ARMCortex-A5处理器SAMA5系列ARMCortex-M0+处理器SAMC20系列、ATSAMC21系列ARMCortex-M0+微控制器SAM D09系列、SAM D21系列、SAM D20系列、SAM D11系列、SAM D10系列、SAM DA1系列ARMCortex-M7微控制器SAM E70系列ARMCortex-M4微控制器SAMG 51系列、SAMG 53系列、SAMG 54系列、SAMG 55系列ARMCortex-M0+超低功耗微控制器SAML21系列、SAML22系列ARMCortex-M7RISC处理器SAMS70系列ARMCortex-M7微控制器SAMV70系列、SAMV71系列ARMCortex-M3微控制器SAM3N系列、SAM3S 系列、SAM3U系列、 SAM3A系列、SAM3X 系列ARMCortex-M4处理器SAM4E系列、SAM4N系列、SAM4S系列ARMCortex-M4 闪存微控制器SAM 4LS系列、SAM 4LC系列ARM7闪存微控制器SAM7S/SE系列、SAM7X/XC系列ARM9微控制器SAM9XE系列ARM9微处理器SAM9N/CN系列、SAM9R 系列、SAM9X 、SAM9M系列Spansion32位ARM内核MCU产品系列ARM® Cortex®-M4FFM4系列ARM® Cortex®-M3FM3系列ARM® Cortex®-M0+FM0+系列ARM® Cortex®-R5Traveo系列ARM® Cortex®-R4FCR4系列AnalogDevicesIncARM处理器产品系列ARM内核产品ADuC7***系列ARM  Cortex－M3处理器ADUCM***系列BroadcomARM®处理器/微控制器产品系列基于ARM Cortex-A9处理器StrataGX BCM58525系列infineonARM微控制器产品系列ARM® Cortex™-M0XMC1000系列ARM® Cortex™-M4XMC4000系列