原文

一、ARM是什么？

• ARM既可以認為是一個公司的名字 ，也可以認為是對一類處理器的統稱 ，還可以認為是一種技術的名字 。

• ARM公司是專門從事基于RISC技術芯片設計開發 的公司，作為知識產權供應商，本身不直接從事芯片生產，而是轉讓設計許可 ，由合作公司生產各具特色的芯片。

• ARM處理器的內核是統一的 ，由ARM公司提供，而片內部件則是多樣的 ，由各大半導體公司設計，這使得ARM設計嵌入式系統的時候，可以基于同樣的核心，使用不同的片內外設 ，從而具有很大的優勢。

二、ARM內核與架構

任何一款arm芯片主要由兩大部分組成：arm內核 ，外設 。

ARM內核

arm內核： arm內核主要由：寄存器 、指令集 、總線 、存儲器映射規則 、中斷邏輯 和調試組件 等。

內核是由ARM公司設計并以銷售方式授權給個芯片廠商使用的（ARM公司本身不做芯片）。比如為高速度設計的Cortex A8、A9都是ARMv7a 架構;Cortex M3、M4是ARMv7m架構;前者是處理器（就是內核） ，后者是指令集的架構（也簡稱架構）。

外設： 包括計時器、A/D轉換器、存儲器、I2C、UART、SPI、ROM等等。
由各個芯片廠商自己設計并與ARM內核銜接配套。不同的芯片廠商就有不同的外設，因此構成了數量和規格龐大的ARM芯片產業。

arm指令集架構

指令集的設計是處理器結構中最重要的部分，用arm的術語稱之為ISA（Instruction Set Architecture）。

指令集可以說是cpu設計的靈魂，是打開CPU這個潘多拉魔盒的咒語，要想使用cpu，我們只能通過這些指令來操作cpu。

對于32位的cpu，這些指令就是一個個32位的01的序列，不同的值就代表了不同的機器指令 ，cpu的硬件能完美的解析并執行這些指令，比如尋址、運算、異常處理等等。

當我們用手機玩著王者榮耀的時候，要知道我們的每發的一招，其實最終都是被翻譯成了一系列機器指令。

從1985年ARMv1架構誕生起，到2011年，ARM架構已經發展到了第八代ARMv8。

Cortex-A32/35/53/57/72/73/77/78采用的都是ARMv8 架構，這是ARM公司的首款支持64位指令集的處理器架構 。

ARM11之前的處理器和指令集架構

ARM11芯片之前，每一個芯片對應的架構關系如下：

ARM11之后處理器和指令集架構

ARM11芯片之后，也就是從ARMv7架構 開始，ARM的命名方式有所改變。

新的處理器家族，改以Cortex命名，并分為三個系列，分別是Cortex-A，Cortex-R，Cortex-M。

ARM處理器型號

Cortex-A系列（A：Application 應用）

針對日益增長的消費娛樂和無線產品設計，用于具有高計算要求、運行豐富操作系統及提供交互媒體和圖形體驗的應用領域 ，如智能手機、平板電腦、汽車娛樂系統、數字電視，智能本、電子閱讀器、家用網絡、家用網關和其他各種產品。

Cortex-R系列 （R：Real-time 實時）

針對需要運行實時操作 的系統應用，面向如汽車制動系統 、動力傳動解決方案 、大容量存儲控制器 等深層嵌入式實時應用。

Cortex-SC系列（SC：SecurCore）

其實，除了上述三大系列之外，還有一個主打安全的Cortex-SC系列（SC：SecurCore），主要用于政府安全芯片 。

ARM11系列包括了ARM11MPCore處理器、ARM1176處理器、ARM1156處理器、ARM1136處理器，它們是基于ARMv6架構。

ARM Cortex-A5處理器、Cortex-A7處理器、Cortex-A8處理器、Cortex-A9處理器、Cortex-A15處理器隸屬于Cortex-A系列，基于ARMv7-A架構。

Cortex-A53、Cortex-A57兩款處理器屬于Cortex-A50系列，首次采用64位ARMv8架構。

2020年ARM最近發布了一款全新的CPU架構Cortex-A78，是基于ARMv8.2指令集。

三、什么是SOC？

SoC的全稱叫做：System-on-a-Chip ，中文的的意思就是“把系統都做在一個芯片上 ”。

SoC上集成了很多手機上最關鍵的部件 ，比如CPU 、GPU 、內存 、也就說雖然它在主板上的存在是一個芯片，但是它里邊可是由很多部件封裝組成的。

比如通常我們所說的高通801，麒麟950.三星的exynos 4412，A6等等都只是系統部件打包封裝（SoC）后的總稱。然而各家的打包封裝的內容則不盡相同，原因也不盡相同。

經典的ARM系統級芯片或所謂的Soc 包含許多組件，其中只有一些直接源自ARM。
首先，核心本身通常深度嵌入在設備內部，在設備范疇內通常不直接可見，而調試端口通常是唯一和核心本身相連的外露部分，有一些粘合邏輯，如時鐘和復位集成電路。

由于 ARM 核心只有兩個中斷輸入，最常見的外設就是某種中斷控制器，在外設內部，各組件通過芯片上互聯總線架構相互連接，對于極大多數基于ARM的設備而言，這就是標準的 AMBA 互聯。

AMBA 指定了兩個總線，稱為AXI的高性能系統總線 ，和稱為APB的低功耗外設總線 ，APB通常用于連接所有外設，AXI則用于存儲器和其他發高速設備 ，大多數設備都有一定數量的芯片上存儲以及連接外設存儲器設備的接口，但是注意，與設備的外部連接并不是AMBA總線，這僅在設備內部使用，并不外露。

四、舉例：Exynos 4412 SCP

下面我們以 三星的Exynos（獵戶座） 4412 SCP為例，來講解這幾個概念。

• 三星的Exynos 4412 SCP 是一款基于Cortex-A9的SOC；

• 如下圖所示，Exynos 4412包含了4個Cortex-A9的處理器（核）；

• Cortex-A9是基于ARMv7-A架構（指令集）的。
  

由上圖可知，exynos 4412除了包含4個Cortex-A9核，
還包括大量的外設控制器：DRAM Controller、SROM Controller、Camera IF、JPEG、GPS/GLONASS、Power Management、USB Host、I2C、UART、SPI等。

和三星相同的其他和arm合作的各大廠商通常會把它的CPU和各類外圍IP都放到一起，然后自己拿著圖紙去流片，生產出來的也是一個正方形，下面有很多引腳，這個東西不僅包含了CPU，還包含了其他的控制器，這個東西就叫做SOC（system on chip）。

如下圖所示，就是三星最終生產的Exynos 4412 ，當然了，光有這個soc還無法運行安卓，還需要借助外圍大量的外設才能最終形成一個完整的系統，但是大部分最復雜的硬件部分模塊都已經集成到了這個soc中。

五、總結

下面我們總結下這些概念：

1. ARM公司的名字 ，叫ARM：Advanced RISC Machines；
2. ARM前身Acorn公司設計的第一款微處理器，叫ARM：Acorn RISC Machine；
3. ARM處理器名字 ：以前叫ARM9、ARM11, 新的命名規則改以Cortex命名，分別是Cortex-A，Cortex-R，Cortex-M；這三個字母A、R、M合到一起又是ARM。
4. ARM指令集 ，就是ARM架構，比如ARMv8，每個處理器都需要依賴一定的ARM架構來設計；
5. **SOC：**各大廠商買來ARM的授權，得到ARM處理器的源代碼，而后自己搞一些外圍設備的IP（或者買或者自己設計），組成一個SOC，比如三星的Exynos 4412，華為的麒麟990。

總結

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