arm处理器

arm处理器

arm处理器相关

1.体系架构定义了指令集（ISA）和基于这一体系结构下处理器的编程模型。

arm卖的是架构或者已经设计好的公版ip核

卖给苹果高通的是架构,需要苹果高通通过架构设计自己的ip核.

卖给联发科,三星,华为的是公版的ip核,需要自己设计模块,核心数,频率功率,外围设备,制造工艺等等

2.处理器历史

v1 v2 都是26位处理器,最大支持64M内存

v3实现了32地址空间

v4系列中的v4T新增了Thumb指令集

v5有了支持dsp指令的v5E分支,和支持Java指令的v5J分支,同时增强了v5T系列arm Thumb两种指令的交互工作能力

v6架构增加了媒体指令,并且v6体系支持所有的特殊指令集(E J T)

v7更新Thumb为Thumb-2,同时提高了dsp和媒体处理能力,提高了接近4倍

v8地址空间为64位,包含两个状态AArch64 和 AArch32, 引入全新指令集A64用于应付64位地址的存取

同时提出了大小核设计架构

另外,从ARM9处理器这一代开始,采用哈弗架构,

哈佛架构

存储器系统根据哈佛体系结构（程序和数据空间独立的体系结构）重新设计，区分了数据总线和指令总线。

cortex处理器

1.大体介绍

ARMv7 架构是在 ARMv6 架构的基础上诞生的。该架构采用了 Thumb-2 技术

Thumb-2技术比纯 32 位代码少使用 31％的内存，减小了系统开销，同时能够提供比已有的基于 Thumb 技术的解决方案高出 38％的性能。

ARMv7 架构还采用了NEON技术，将DSP和媒体处理能力提高了近4倍。并支持改良的浮点运算，满足下一代 3D 图形、游戏物理应用及传统嵌入式控制应用的需求。

crotex-A8它首次采用了强大的 NEON 信号处理扩展集，为 H.264 和 MP3 等媒体编解码提供加速。

2.科普:各家的GPU

• Mali 系列由 ARM 出品
• PowerVR SGX 系列由 Imagination Technologies 公司出品
  
  
• Adreno 系列由高通公司出品，主要配合 Snapdragon CPU 使用
• GeForce GPU 由英伟达打造,用于Targe系列的处理器

相关:Imagination Technologies有power VR和MIPS 两个主要产品;

-MIPS原本是和ARM竞争的厂商美普斯科技研发的CPU IP核,但是后面错过了移动领域的发展,导致现在只有少数公司在用,后面又被Imagination Technologies收购掉了,国内的龙芯还在用MIPS提供的IP核.

-power VR和power PC没有关系,power VR是GPU芯片,苹果自己的A系列处理器的GPU就是采用的power VR.

而power PC是苹果 IBM 摩托罗拉联合开发的CPU,后来被苹果抛弃,转而使用Intel的CPU

cortex-A8处理器

数据类型

• Byte字节类型,8bit
• Halfword半字类型,16bit,位置开始于偶数字节地址(二进制末尾为0)

• Word字类型,32bit,位置开始于4的倍数字节地址(二进制末尾为00)

  ARM指令编译后为4字节, Thumb编译后为2字节

大端和小端

地址从左到右逐渐变大

大端模式:低位存放在高地址

小端模式:低位存放在低地址

主机序为小端模式,网络序为大端模式,相应的转换函数为htons ntohs函数等等

存储系统

• 典型的 ARM 处理器有多个 32 位寄存器，其访问时间为 ns 量级
• 芯片级的紧耦合存储器（TCM）是为弥补 Cache 访问的不确定性增加的存储器,TCM 是一种快速SDRAM
• cache可能会分为两级,容量一般为8~32K, 几百K.速度为10ns, 几十ns.
• DRAM 和 ROM就没什么好说的了

协处理器

ARM支持多达16个协处理器,具体之后再看

MMU存储管理单元

将物理地址映射为虚拟地址,操作系统直接使用虚拟地址,不用担心其他任务的地址需求以及占用情况.

cache

cache经常与写缓存器(write buffer)一起使用,当cpu要写入主存储器数据的时候, 先写入写缓存器,写缓存器写入速度高,

所以很快就可以完成,然后写缓存器再向下一级的缓存中写入.

这样可以提高cpu的执行效率, 但是容易出现数据不一致的情况.

流水线介绍

流水线典型的步骤

流水线的概念

因为每个指令包含很多个步骤,就是在执行完第一个指令的步骤1后,立马执行下个指令的步骤1

就像流水线一样,每个人只负责一个步骤

这样如果有6个步骤,就会比之前的速度提高6倍

三级流水线

五级流水线

寄存器