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一文读懂ARM技术架构

据BBC报道称,其最近获得的内部文件显示,英国芯片设计公司ARM已经告诉员工,必须暂停与华为的业务往来。在文件中,ARM指示员工暂停与华为及其子公司的“所有有效合同、支持津贴,以及任何尚未签订的合约”,以遵守美国最近的一项贸易限制措施。

一文读懂ARM技术架构

一位分析师表示,如果这一行动长期执行下去,对于华为来说,将是一个“不可逾越”的打击。

他说,这将极大地影响华为开发自己的芯片的能力。因为,华为旗下海思设计的许多芯片目前都是使用ARM的基础技术制造的,并需要为此支付专利许可费用。

ARM的设计是全球大多数移动设备处理器的基础。各大手机芯片,包括高通骁龙、Apple A系列、华为麒麟芯片、三星Exynos,等它们的底层均是ARM的技术。

一文读懂ARM技术架构

1991 年ARM 公司成立于英国剑桥,在成立后的那几年,ARM业绩平平,工程师们也人心惶惶,害怕随时都会失业。在这个情况下,ARM决定改变他们的产品策略——他们不再生产芯片,转而以授权的方式,将芯片设计方案转让给其他公司,即“Partnership”开放模式。

没想到正是这种模式,开创了属于ARM的全新时代。

ARM所采取的是IP(Intellectual Property,知识产权)授权的商业模式,收取一次性技术授权费用和版税提成。

具体来说,ARM有三种授权方式:处理器、POP以及架构授权。

处理器授权是指授权合作厂商使用ARM设计好的处理器,对方不能改变原有设计,但可以根据自己的需要调整产品的频率、功耗等。

POP(processor optimization pack,处理器优化包)授权是处理器授权的高级形式, ARM出售优化后的处理器给授权合作厂商,方便其在特定工艺下设计、生产出性能有保证的处理器。

架构授权是ARM会授权合作厂商使用自己的架构,方便其根据自己的需要来设计处理器(例如后来高通的Krait架构和苹果的Swift架构,就是在取得ARM的授权后设计完成的)。所以,授权费和版税就成了ARM的主要收入来源。除此之外,就是软件工具和技术支持服务的收入。

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ARM 微处理器的应用领域及特点

ARM处理器市场覆盖率最高、发展趋势广阔,基于ARM技术的32位微处理器,市场的占有率目前已达到80%。绝大多数IC制造商都推出了自己的ARM结构芯片。我国的中兴集成电路、大唐电讯、华为海思、中芯国际和上海华虹,以及国外的一些公司如德州仪器意法半导体、Philips、Intel、Samsung等都推出了自己设计的基于ARM核的处理器。

工业控制领域:作为32 的RISC 架构,基于ARM 核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额,同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展,ARM 微控制器的低功耗、高性价比,向传统的8 位/16 位微控制器提出了挑战。

无线通讯领域:目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM 技术, ARM 以其高性能和低成本,在该领域的地位日益巩固。

网络设备:随着宽带技术的推广,采用ARM 技术的ADSL 芯片正逐步获得竞争优势。此外,ARM 在语音及视频处理上进行了优化,并获得广泛支持,也对DSP 的应用领域提出了挑战。

消费类电子产品:ARM 技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。

成像和安全产品:现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM 技术。手机中的32位SIM 智能卡也采用了ARM 技术。

一文读懂ARM技术架构

ARM处理器的特点:

1、体积小、低功耗、低成本、高性能;

2、支持Thumb(16 位)/ARM(32 位)双指令集,能很好的兼容8 位/16 位器件;

3、大量使用寄存器,指令执行速度更快;

4、大多数数据操作都在寄存器中完成;

5、寻址方式灵活简单,执行效率高;

6、指令长度固定;

ARM相关的几个重要概念

冯·诺依曼体系

结构模型:

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冯·诺依曼体系的特点:

1、数据与指令都存储在同一存储区中,取指令与取数据利用同一数据总线。

2、被早期大多数计算机所采用。

3、ARM7——冯诺依曼体系结构简单,但速度较慢。取指不能同时取数据。

哈佛体系结构模型:

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结构特点:

1、程序存储器与数据存储器分开.

2、提供了较大的存储器带宽,各自有自己的总线。

3、适合于数字信号处理.

4、大多数DSP都是哈佛结构.

5、ARM9是哈佛结构,取指和取数在同一周期进行,提高速度,改进哈佛体系结构分成三个存储区:程序、数据、程序和数据共用。

CISC复杂指令集(Complex Instruction Set Computer)

特点:

1、具有大量的指令和寻址方式

2、8/2原则:80%的程序只使用20%的指令

3、大多数程序只使用少量的指令就能够运行。

4、CISC CPU 包含有丰富的单元电路,因而功能强、面积大、功耗大。

RISC精简指令集(Reduced Instruction Set Computer)

特点:

1、在通道中只包含最有用的指令,只提供简单的操作。

2、确保数据通道快速执行每一条指令。

3、Load-store结构—— 处理器只处理寄存器中的数据,load-store指令用来完成数据在寄存器和外部存储器之间的传送。

4、使CPU硬件结构设计变得更为简单, RISC CPU包含较少的单元电路,因而面积小、功耗低。