ARM处理器的发展历程

ARM处理器的发展历程  飞翔的小果粒 2018-09-15 10:34:07
ARM公司既不生产芯片也不销售芯片，它只出售芯片技术授权。却做到了在手持设备市场上占有90%以上的份额。几个月前，软银耗资300多亿美元拿下ARM，使得本来就大红大紫的ARM公司，再一次窜到了业界人士的面前。ARM这家不生产芯片却也能数钱数到手抽筋的公司到底有着怎样的发展史。今天小编，就带大伙一探究竟，其中包括ARM处理器的详细介绍。




ARM发展史
1978年12月5日，物理学家赫尔曼·豪泽（Hermann Hauser）和工程师Chris Curry，在英国剑桥创办了CPU公司（Cambridge Processing Unit），主要业务是为当地市场供应电子设备。1979年，CPU公司改名为Acorn计算机公司。




起初，Acorn公司打算使用摩托罗拉公司的16位芯片，但是发现这种芯片太慢也太贵。“一台售价500英镑的机器，不可能使用价格100英镑的CPU！”他们转而向Intel公司索要80286芯片的设计资料，但是遭到拒绝，于是被迫自行研发。无情的英特尔估计现在肠子都悔青了。




1985年，Roger Wilson和Steve Furber设计了他们自己的第一代32位、6MHz的处理器，用它做出了一台RISC指令集的计算机，简称ARM（Acorn RISC Machine）。这就是ARM这个名字的由来。
1990年11月27日，Acorn公司正式改组为ARM计算机公司。苹果公司出资150万英镑，芯片厂商VLSI出资25万英镑，Acorn本身则以150万英镑的知识产权和12名工程师入股。公司的办公地点非常简陋，就是一个谷仓。




公司成立后，业务一度很不景气，工程师们人心惶惶，担心将要失业。由于缺乏资金，ARM做出了一个意义深远的决定：自己不制造芯片，只将芯片的设计方案授权（licensing）给其他公司，由它们来生产。正是这个模式，最终使得ARM芯片遍地开花，将封闭设计的Intel公司置于“人民战争”的汪洋大海。
20世纪90年代，ARM公司的业绩平平，处理器的出货量徘徊不前。但是进入21世纪之后，由于手机的快速发展，出货量呈现爆炸式增长，ARM处理器占领了全球手机市场。
经过12年的发展，在2002年，ARM架构芯片的出货量正式突破10亿。随着智能设备的爆炸式成长，如今，要完成10亿片的出货量只需要一个月。
2004年，Cortex系列的诞生是ARM公司的大事件，从此该公司不再用数字为处理器命名。它分为A、R和M三类，旨在为各种不同的市场提供服务。
2006年，全球ARM芯片出货量为20亿片，2010年预计将达到45亿片。
2015年，ARM基于ARMv8架构推出了一种面向企业级市场的新平台标准。此外，他们还开始在物联网领域发力。同年，福布斯杂志将ARM评为世界上五大最具创新力的公司之一。




如今ARM已经被软银收购，孙正义也瞬间变成2016超级“网红”，还扬言要制霸物联网时代。果然，吸一口ARM“纯氧”，瞬间精气神都不一样了。




ARM产品分类
ARM产品的分类方式有几种，可以按照冯若依曼结构和哈佛结构分类，也可以按照ARMv1、ARMv2、ARMv3、ARMv4等构架来分类。然而从1983年开始，ARM内核共有ARM1、ARM2、ARM6、ARM7、ARM9、ARM10、ARM11和Cortex以及对应的修改版或增强版组成，越靠后的内核，初始频率越高、架构越先进，功能也越强。目前移动智能终端中常见的为ARM11和Cortex内核。下面也将从ARM处理器几大主流分类进行阐述。
嫌啰嗦，可以直接看下面这图，然后跳过本章节。







Classic处理器
-ARM7微处理器系列
1994年推出，使用范围最广的 32 位嵌入式处理器系列。 0.9MIPS/MHz的三级流水线和冯诺依曼结构。ARM7系列包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、带有高速缓存处理器宏单元的ARM720T。该系列处理器提供Thumb 16位压缩指令集和EmbededICE软件调试方式，适用于更大规模的SoC设计中。ARM7TDMI基于ARM体系结构V4版本，是目前低端的ARM核。
-ARM9微处理器系列
ARM9采用哈佛体系结构，指令和数据分属不同的总线，可以并行处理。在流水线上，ARM7是三级流水线，ARM9是五级流水线。由于结构不同，ARM7的执行效率低于ARM9。基于Arm9内核的处理器，是具有低功耗，高效率的开发平台。广泛用于各种嵌入式产品。它主要应用于音频技术以及高档工业级产品，可以跑Linux以及Wince等高级嵌入式系统，可以进行界面设计，做出人性化的人机互动界面，像一些网络产品和手机产品。
-ARM9E微处理器系列
ARM9E中的E就是Enhance instrcTIons，意思是增强型DSP指令，说明了ARM9E其实就是ARM9就一个扩充，变种。ARM9E系列微处理器为可综合处理器，使用单一的处理器内核提供了微控制器、DSP、Java应用系统的解决方案，极大的减少了芯片的面积和系统的复杂程度。ARM9E系列微处理器提供了增强的DSP处理能力，很适合于那些需要同时使用DSP和微控制器的应用场合。
-ARM10E微处理器系列
ARM10E系列微处理器为可综合处理器，使用单一的处理器内核提供了微控制器、DSP、Java应用系统的解决方案，极大的减少了芯片的面积和系统的复杂程度。ARM9E系列微处理器提供了增强的DSP处理能力，很适合于那些需要同时使用DSP和微控制器的应用场合。ARM10E与ARM9E区别在于，ARM10E使用哈佛结构，6级流水线，主频最高可达325MHz，1.35MIPS/HZ。
-ARM11微处理器系列
ARM公司近年推出的新一代RISC处理器，它是ARM新指令架构——ARMv6的第一代设计实现。该系列主要有ARM1136J，ARM1156T2和ARM1176JZ三个内核型号，分别针对不同应用领域。ARM11的媒体处理能力和低功耗特点，特别适用于无线和消费类电子产品；其高数据吞吐量和高性能的结合非常适合网络处理应用；另外，也在实时性能和浮点处理等方面ARM11可以满足汽车电子应用的需求。
Cortex系列
ARM公司在经典处理器ARM11以后的产品改用Cortex命名，并分成A、R和M三类，旨在为各种不同的市场提供服务。Cortex系列属于ARMv7架构，由于应用领域不同，基于v7架构的Cortex处理器系列所采用的技术也不相同，基于v7A的称为Cortex-A系列，基于v7R的称为Cortex-R系列，基于v7M的称为Cortex-M系列。
-ARM Cortex-A
ARM Cortex-A 系列应用型处理器可向托管丰富OS平台和用户应用程序的设备提供全方位的解决方案，从超低成本手机、智能手机、移动计算平台、数字电视和机顶盒到企业网络、打印机和服务器解决方案。ARM在Cortex-A系列处理器大体上可以排序为：Cortex-A57处理器、Cortex-A53处理器、Cortex-A15处理器、Cortex-A9处理器、Cortex-A8处理器、Cortex-A7处理器、Cortex-A5处理器、ARM11处理器、ARM9处理器、ARM7处理器，再往低的部分手机产品中基本已经不再使用。










-ARM Cortex-R
ARM Cortex-R实时处理器为要求可靠性、高可用性、容错功能、可维护性和实时响应的嵌入式系统提供高性能计算解决方案。Cortex-R 系列处理器通过已经在数以亿计的产品中得到验证的成熟技术提供极快的上市速度，并利用广泛的 ARM 生态系统、全球和本地语言以及全天候的支持服务，保证快速、低风险的产品开发。










-ARM Cortex-M
ARM Cortex-M处理器系列是一系列可向上兼容的高能效、易于使用的处理器，这些处理器旨在帮助开发人员满足将来的嵌入式应用的需要。这些需要包括以更低的成本提供更多功能、不断增加连接、改善代码重用和提高能效。Cortex-M 系列针对成本和功耗敏感的MCU和终端应用（如智能测量、人机接口设备、汽车和工业控制系统、大型家用电器、消费性产品和医疗器械）的混合信号设备进行过优化。







SecurCore系列
SecurCore系列处理器专门为安全需要而设计，提供了完善的32位RISC技术的安全解决方案，因此，SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构的低功耗，高性能的特点外，还具有其独特的优势，即提供了对安全解决方案的支持。SecurCore 系列微处理器主要应用于一些对安全性要求较高的应用产品及应用系统，如电子商务，电子政务等。SecurCore系列微处理器包含：SecurCore SC100， SecurCore SC110， SecurCore SC200和SecurCore SC21。
Intel的Xscale系列
Intel的XScale源于ARM内核，在这个架构基础上扩展，它保留了对以往产品的向下兼容性。在指令集结构上，XScale仍然属于ARM的“V5TE”体系，与ARM9，10系列内核相同，但它拥有与众不同的7级流水线，除了无法直接支持Java解码和V6 SIMD指令集外，各项性能参数与ARM11核心都比较接近。再结合Intel在半导体制造领域的技术优势，XScale获得了极大的性能提升，它的最高频率可达到1GHz，并保持ARM体系贯有的低功耗特性。
Inter的StrongARM系列
在PDA领域，Intel的StrongARM和XScale处理器占据举足轻重的地位，这两者在架构上都属于ARM体系，相当于ARM的一套实际应用方案。StrongARM 系列处理器是现归于英特尔旗下的ARM公司推出的一款旨在支持WinCE3.0-PocketPC系统的RISC（精简指令集）处理器。
新兴市场的一条蛟龙
正如开头所说，ARM公司的高性能、低耗能的RISC微处理器目前占据了手机处理器90%的市场份额。然而一些预测机构分析，智能手机市场开始趋于稳定。相较于去年，只实现了个位数的增长。ARM也不会单纯的在消费电子领域停滞不前。前不久软银收购ARM，也被众多分析师解读，认为这是吹响了进军物联网的一个号角。
对ARM本身产品来说，ARM非常注重于提升芯片的能效。不仅如此，ARM的架构是旗下所有32位处理器都可以支持强大的非对称加密算法和协议，考虑到物联网设备需要时常连接到网络，随着市场的逐渐发展，强大的加密和安全功能毫无疑问将会变得越来越重要。并且，ARM在两年前的年度技术论坛上，推出了专门针对IoT领域的mbed物联网设备平台——mbed平台。ARM希望割裂的IoT市场给整合起来，形成一个大统一环境。




在人工智能领域，ARM认为，此技术阵营众多，现阶段ARM选择深耕后端控制技术，以支持各式各样的人工智慧应用。比如NVIDIA采用ARM处理器与自家的GPU实现人工智慧。在视觉系统部分，主要是由GPU搜集外界资讯进行处理，但在此同时也会衍生出需要作业系统驱动后端应用需求的功能，而ARM处理器即是协助后端应用的协调工作。换言之，前端是由GPU或FPGA来实作，而后端涉及到Linux作业系统的部分则由ARM处理器负责。
在汽车电子，ARM亦有不俗的表现，例如以汽车电子中的PND为例，ARM就占据了80％以上的市场。然而汽车的MCU产品中大部分是8位、16位。ARM的全球嵌入式总监表示：“32位MCU的成本已经降低了很多，有的甚至还低于16位的MCU，基于Cortex-M3的MCU提供了更强大的运算能力和其他功能，如集成USB、DMA等，都是8位和16位MCU无法比拟的。”不仅如此ARM专门推出了针对FPGA的Cortex－M3软核，NVIDIA前不久还发布了基于ARM架构搭载的Parker系列，专为NVIDIA的 DRIVE PX 2智能汽车系统准备。




如今物联网、汽车电子、人工智能等新兴领域的兴起，给ARM创造了更多的机会。在智能手机已经酒足饭饱且趋于平稳的市场中，ARM也寻求着更多的突破。最近有报道，说三星准备丢开ARM开发RISC-V架构自主CPU内核。莫非这消息透露出随着时间推移，ARM生存空间被压缩？不管怎么，我们还是更期待ARM在更多新兴领域的表现。

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