ARM架构相关学习归纳总结

ARM作为一个生态不仅提供了CPU Core，还提供了一系列相关的IP，比如GIC、MMU、AMBA、CoreLink、CoreSight、Mali等等。

其他还包括Debug工具、开发工具、IDE等等。

对于整个ARM生态的架构建立一个概观，然后清除某一模块在整个生态中的位置，以及与其他模块的关系，对于理解本模块非常重要。

对于建立全局观，也是有益的。所以花点时间，浏览一下ARM支持文档，也就有意义了。

1. Core的指令集、A/R/M系列以及处理器型号

首先最底层的指令集有ARM(32/64位)、Thumb、Thumb-2。

根据不同应用场景，定义了不同的Profile，分别是Application、Realtime、Microcontroller三种。这三种配置和不同的指令集版本交叉，形成了不同的体系架构基础。

包括ARMv8-A、ARMv8-M、ARMv7-A、ARMv7-R、ARMv7-M、ARMv6-M、ARMv4、ARMv5等等。

在不同的体系架构下面，又有不同的细分产品。主要分为三大类Cortex-A、Cortex-R和Cortex-M。

其中Cortex-A系列是最大家族，包括Cortex-A5、Cortex-A9、Cortex-A53、Cortex-A72等等。

Cortext-R系列包括Cortex-R4、Cortex-R5、CortexR8等等。

Cortex-M系列包括Cortex-M0、Cortex-M3等等。

以Cortex-A53为例，支持ARM(32/64)、Thumb、Thumb-2三种指令集，属于v8版本指令集，使用A Profile。

	A Profile	R Profile	M Profile
ARMv8	ARMv8-A		ARMv8-M
ARMv7	ARMv7-A	ARMv7-R	ARMv7-M (Cortex-M3)
ARMv6			ARMv6-M (Cortex-M0)
ARMv4/5	(ARM7/ARM9/ARM10等等)

相关资料包括：

《ARMv8-A Reference Manual》：http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.ddi0487b.b/DDI0487B_b_armv8_arm.pdf

《ARM^® Cortex^®-A53 MPCore Processor Technical Reference Manual Revision: r0p4》：http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.ddi0500g/DDI0500G_cortex_a53_trm.pdf

相关阅读：

《阅读Cortex-A53 Technical Reference Manual笔记》

2. GIC中断控制器

A53 Reference Manual中存在GIC CPU Interface，这部分GICv4架构定义的。除了GIC CPU Interface，整个GIC的实现还包括GIC Distributor、和外设中断线接口等等。

GIC架构有GIVv2、GICv3、GICv4等版本，这些架构的实现有GIC-400、GIC-500、GIC-500等等。

下面以GIC-500为例，GIC-500支持128核，只支持ARMv8架构，并且实现了标准GIC CPU Interface的CPU核。它实现了GICv3/4架构的GICv3部分。

相关文档有：

《ARM^® CoreLink™ GIC-500 Generic Interrupt Controller Technical Reference Manual Revision: r1p1》：http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.ddi0516e/DDI0516E_gic5000_r1p1_trm.pdf

《ARM® Generic Interrupt Controller Architecture Specification GIC architecture version 3.0 and version 4.0》

相关阅读：

《阅读GIC-500 Technical Reference Manual笔记》

3. MMU内存管理单元

MMU是内存管理单元，是虚拟地址和物理地址的桥梁。MMU架构版本包括Version1.0、Version 2.0、Version 3.0 and 3.1。

MMu的实现包括MMU-400、MMU-401、MMU-500。

相关文档包括：

《System Memory Management Unit Architecture Specification SMMU architecture version 3.0 and version 3.1》

《ARM^® CoreLink™ MMU-500 System Memory Management Unit Technical Reference Manual Revision: r2p4》

相关阅读：

《阅读ARM Memory(L1/L2/MMU)笔记》

4. AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)

AMBA是SoC内功能块连接和管理总线的总称，包括APB、AHB/APB-Lite、AXI、ACE等等。

协议的版本包括AMBA2、AMBA3(ATB/APB/AHB-Lite/AXI)、AMBA4(AXI/ACE/APB4/ATB4/AXI4/AXI4-Stream)、AMBA5(AHB5/CHI)。

APB：Advanced Peripheral Bus，用于低带宽的外设之间的连接。

AHB/AHB-Lite：Advanced High Performance Bus，用于高速器件之间的连接，比如DMA、DRAM等等。

AXI：Advanced eXtensible Interface，用于SoC中多主从连接。

ATB：Advanced Trace Bus，用于芯片建传输Trace数据。

ACE：AXI Coherency Extensions，多用于big.LITTLE架构。

CHI：Coherent Hub Interface，多用于服务器与网络应用所需要的高可扩展性SoC。

5. MALI图形处理器

MALI是ARM提供的GPU，包括高性能的G72、G71、T760、T860；高效率的G51、T820、T720；低功耗的Mali-400、Mali-450、Mali-470。

MALI系列IP除了GPU，还包括Display Processing(Mali-DP500、Mali-DP550、Mali-DP650、Mali-DP71)、Video Processing(Mali-V500、Mali-V550、Mali-V61)、Camera (Mali-C71)等等图形与多媒体IP。

6. CoreLink控制器和外设

CoreLink是一系列控制器和外设的总称，处理上面介绍的GIC和MMU之外，还包括DMA、DMC、NIC、L2 Cache等等。

DMAC(DMA Controller)：DMA控制器，包括DMA-330。

L2C Controller：L2 Cache的控制器，包括L2C-210、L2C-220、L2C-310。

下表典型的L1/L2/L3/L4大小与读取时间表：

DMC(Dynamic Memory Controller)：动态内存控制器，也即DDR颗粒的控制器，包括DMC-34x、DMC-400、DMC-500、DMC-520、DMC-620。

SMC(Static Memory Controller)：静态存储控制器，支持SRAM、NAND的控制器。包括SMC-35x。

CCI(Cache Coherent Interconnect)：保证互联Cache一致性，包括CCI-400、CCI-500CCI-550。

CCN(Cache Coherent Network)：包括CCN-502、CCN-504、CCN-508。

NIC(Network Interconnect)：包括NIC-301、NIC-400、NIC-450。

7. CoreSight和ETM

CoreSight主要用于SoC的跟踪和调试，提高系统对外的可见性。

ETM(Embedded Trace Macrocell)是嵌入式跟踪宏单元，提供跟踪指令/数据的跟踪功能。