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发表于 2010-12-29 17:08:14
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1.2 ARM的各种架构版本
ARM十几年如一日地开发新的处理器内核和系统功能块。这些包括流行的ARM7TDMI处理器，还有更新的高档产品ARM1176TZ(F)-S处理器，后者能拿去做高档手机。功能的不断进化，处理水平的持续提高，年深日久造就了一系列的ARM架构。要说明的是，架构版本号和名字中的数字并不是一码事。比如，ARM7TDMI是基于ARMv4T架构的（T表示支持“Thumb指令”）；ARMv5TE架构则是伴随着ARM9E处理器家族亮相的。ARM9E家族成员包括ARM926E-S和ARM946E-S。ARMv5TE架构添加了“服务于多媒体应用增强的DSP指令”。
后来又出了ARM11，ARM11是基于ARMv6架构建成的。基于ARMv6架构的处理器包括ARM1136J(F)-S，ARM1156T2(F)-S，以及ARM1176JZ(F)-S。ARMv6是ARM进化史上的一个重要里程碑：从那时候起，许多突破性的新技术被引进，存储器系统加入了很多的崭新的特性，单指令流多数据流（SIMD）指令也是从v6开始首次引入的。而最前卫的新技术，就是经过优化的Thumb-2指令集，它专为低成本的单片机及汽车组件市场。
ARMv6的设计中还有另一个重大的决定：虽然这个架构要能上能下，从最低端的MCU到最高端的“应用处理器”都通吃，但不能因此就这也会，那也会，但就是都不精。仍须定位准确，使处理器的架构能胜任每个应用领域。结果就是，要使ARMv6能够灵活地配置和剪裁。对于成本敏感市场，要设计一个低门数的架构，让她有极强的确定性；另一方面，在高端市场上，不管是要有丰富功能的还是要有高性能的，都要有拿得出手的好东西。
最近的几年，基于从ARMv6开始的新设计理念，ARM进一步扩展了它的CPU设计，成果就是ARMv7架构的闪亮登场。在这个版本中，内核架构首次从单一款式变成3种款式。
 款式A：设计用于高性能的“开放应用平台”——越来越接近电脑了
 款式R：用于高端的嵌入式系统，尤其是那些带有实时要求的——又要快又要实时。
 款式M：用于深度嵌入的，单片机风格的系统中——本书的主角。
让我们再进距离地考察这3种款式：
 款式A（ARMv7-A）：需要运行复杂应用程序的“应用处理器”[译注1]
［译注1］：这里的“应用”尤指大型应用程序，像办公软件，导航软件，网页浏览器等。这些软件的使用习惯和开发模式都很像PC上的软件，但是基本上没有实时要求。 。支持大型嵌入式操作系统（不一定实时——译注），比如Symbian（诺基亚智能手机用），Linux，以及微软的Windows CE和智能手机操作系统Windows Mobile。这些应用需要劲爆的处理性能，并且需要硬件MMU实现的完整而强大的虚拟内存机制，还基本上会配有Java支持，有时还要求一个安全程序执行环境（用于电子商务——译注）。典型的产品包括高端手机和手持仪器，电子钱包以及金融事务处理机。
 款式R（ARMv7-R）：硬实时且高性能的处理器。标的是高端实时［注1］市场。那些高级的玩意，
Cortex-M3 权威指南 [键入文字] 第 1 章
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像高档轿车的组件，大型发电机控制器，机器手臂控制器等，它们使用的处理器不但要很好很强大，还要极其可靠，对事件的反应也要极其敏捷。
 款式M（ARMv7-M）：认准了旧世代单片机的应用而量身定制。在这些应用中，尤其是对于实时控制系统，低成本、低功耗、极速中断反应以及高处理效率，都是至关重要的。
Cortex系列是v7架构的第一次亮相，其中Cortex-M3就是按款式M设计的。
［注1］：通用处理器能否胜任实时系统的控制，常遭受质疑，并且在这方面的争论从没停止过。从定义的角度讲，“实时”就是指系统必须在给定的死线（deadline，亦称作“最后期限”）内做出响应。在一个以ARM处理器为核心的系统中，决定能否达到“实时”这个目标的，有很多因素，包括是否使用“实时操作系统”，中断延迟，存储器延时，以及当时处理器是否在运行更高优先级的中断服务例程。
本书认准了Cortex-M3就一猛子扎下去。到目前为止，Cortex-M3也是款式M中被抚养成人的独苗。其它Cortex家族的处理器包括款式A的Cortex-A8（应用处理器），款式R的Cortex-R4（实时处理器）。
图1.2 ARM处理器架构进化史
ARMv7-M的私房秘密都记录在《The ARMv7-M Architecture Application Level Reference Manual》中（本书也讲了很多“System Level”的内容——译注），ARM已经将其公开。《Cortex M3 Technical Reference Manual》中则记录了实现v7-M时的很多细节和花絮。又因为v7M中列出的指令有一些是可选的，而CM3裁掉了一部分，所以在这个文档中重新列出了被CM3支持的指令集。
1.2.1 处理器命名法
以前，ARM使用一种基于数字的命名法。在早期（1990s），还在数字后面添加字母后缀，用来进一步明细该处理器支持的特性。就拿ARM7TDMI来说，T代表Thumb指令集，D是说支持JTAG调试(Debugging)，M意指快速乘法器，I则对应一个嵌入式ICE模块。后来，这4项基本功能成了任何新产品的标配，于是就不再使用这4个后缀——相当于默许了。但是新的后缀不断加入，包括定义存储器接口的，定义高速缓存的，以及定义“紧耦合存储器（TCM）”的，于是形成了新一套命名法，这套命名法也是一直在使用的。
Cortex-M3 权威指南 [键入文字] 第 1 章
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表1.1 ARM处理器名字
处理器名字
架构版本号
存储器管理特性
其它特性
ARM7TDMI
v4T
ARM7TDMI-S
v4T
ARM7EJ-S
v5E
DSP,Jazelle
[译注3]
ARM920T
v4T
MMU
ARM922T
v4T
MMU
ARM926EJ-S
v5E
MMU
DSP,Jazelle
ARM946E-S
v5E
MPU
DSP
ARM966E-S
v5E
DSP
ARM968E-S
v5E
DMA,DSP
ARM966HS
v5E
MPU（可选）
DSP
ARM1020E
v5E
MMU
DSP
ARM1022E
v5E
MMU
DSP
ARM1026EJ-S
v5E
MMU 或 MPU
[译注2]
DSP, Jazelle
ARM1136J(F)-S
v6
MMU
DSP, Jazelle
ARM1176JZ(F)-S
v6
MMU+TrustZone
DSP, Jazelle
ARM11 MPCore
v6
MMU+多处理器缓存支持
DSP
ARM1156T2(F)-S
v6
MPU
DSP
Cortex-M3
v7-M
MPU（可选）
NVIC
Cortex-R4
v7-R
MPU
DSP
Cortex-R4F
v7-R
MPU
DSP+浮点运算
Cortex-A8
v7-A
MMU+TrustZone
DSP, Jazelle
［译注2］：Jazelle是ARM处理器的硬件Java加速器。
［译注3］：MMU，存储器管理单元，用于实现虚拟内存和内存的分区保护，这是应用处理器与嵌入式处理器的分水岭。电脑和数码产品所使用的处理器几乎清一色地都带MMU。但是MMU也引入了不确定性，这有时是嵌入式领域——尤其是实时系统不可接受的。然而对于安全关键（safety-critical）的嵌入式系统，还是不能没有内存的分区保护的。为解决矛盾，于是就有了MPU。可以把MPU认为是MMU的功能子集，它只支持分区保护，不支持具有“定位决定性”的虚拟内存机制。
到了架构7时代，ARM改革了一度使用的，冗长的、需要“解码”的数字命名法，转到另一种看起来比较整齐的命名法。比如，ARMv7的三个款式都以Cortex作为主名。这不仅更加澄清并且“精装”了所使用的ARM架构，也避免了新手对架构号和系列号的混淆。例如，ARM7TDMI并不是一款ARMv7的产品，而是辉煌起点——v4T架构的产品。 |
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