ARM處理器大起底，且看ARM是如何從「凡人」變成「超人」的

ARM公司既不生產晶片也不銷售晶片，它只出售晶片技術授權。

卻做到了在手持設備市場上占有90%以上的份額。

幾個月前，軟銀耗資300多億美元拿下ARM，使得本來就大紅大紫的ARM公司，再一次竄到了業界人士的面前。

ARM這家不生產晶片卻也能數錢數到手抽筋的公司到底有著怎樣的發展史。

今天與非網小編，就帶大夥一探究竟，其中包括ARM處理器的詳細介紹。

ARM發展史

1978年12月5日，物理學家赫爾曼·豪澤（Hermann Hauser）和工程師Chris Curry，在英國劍橋創辦了CPU公司（Cambridge Processing Unit），主要業務是為當地市場供應電子設備。

1979年，CPU公司改名為Acorn計算機公司。

起初，Acorn公司打算使用摩托羅拉公司的16位晶片，但是發現這種晶片太慢也太貴。

「一台售價500英鎊的機器，不可能使用價格100英鎊的CPU！」他們轉而向Intel公司索要80286晶片的設計資料，但是遭到拒絕，於是被迫自行研發。

無情的英特爾估計現在腸子都悔青了。

1985年，Roger Wilson和Steve Furber設計了他們自己的第一代32位、6MHz的處理器，用它做出了一台RISC指令集的計算機，簡稱ARM（Acorn RISC Machine）。

這就是ARM這個名字的由來。

1990年11月27日，Acorn公司正式改組為ARM計算機公司。

蘋果公司出資150萬英鎊，晶片廠商VLSI出資25萬英鎊，Acorn本身則以150萬英鎊的智慧財產權和12名工程師入股。

公司的辦公地點非常簡陋，就是一個穀倉。

公司成立後，業務一度很不景氣，工程師們人心惶惶，擔心將要失業。

由於缺乏資金，ARM做出了一個意義深遠的決定：自己不製造晶片，只將晶片的設計方案授權（licensing）給其他公司，由它們來生產。

正是這個模式，最終使得ARM晶片遍地開花，將封閉設計的Intel公司置於「人民戰爭」的汪洋大海。

20世紀90年代，ARM公司的業績平平，處理器的出貨量徘徊不前。

但是進入21世紀之後，由於手機的快速發展，出貨量呈現爆炸式增長，ARM處理器占領了全球手機市場。

經過12年的發展，在2002年，ARM架構晶片的出貨量正式突破10億。

隨著智能設備的爆炸式成長，如今，要完成10億片的出貨量只需要一個月。

2004年，Cortex系列的誕生是ARM公司的大事件，從此該公司不再用數字為處理器命名。

它分為A、R和M三類，旨在為各種不同的市場提供服務。

2006年，全球ARM晶片出貨量為20億片，2010年預計將達到45億片。

2015年，ARM基於ARMv8架構推出了一種面向企業級市場的新平台標準。

此外，他們還開始在物聯網領域發力。

同年，福布斯雜誌將ARM評為世界上五大最具創新力的公司之一。

如今ARM已經被軟銀收購，孫正義也瞬間變成2016超級「網紅」，還揚言要制霸物聯網時代。

果然，吸一口ARM「純氧」，瞬間精氣神都不一樣了。

ARM產品分類

ARM產品的分類方式有幾種，可以按照馮若依曼結構和哈佛結構分類，也可以按照ARMv1、ARMv2、ARMv3、ARMv4等構架來分類。

然而從1983年開始，ARM內核共有ARM1、ARM2、ARM6、ARM7、ARM9、ARM10、ARM11和Cortex以及對應的修改版或增強版組成，越靠後的內核，初始頻率越高、架構越先進，功能也越強。

目前移動智能終端中常見的為ARM11和Cortex內核。

下面也將從ARM處理器幾大主流分類進行闡述。

嫌囉嗦，可以直接看下面這圖，然後跳過本章節。

Classic處理器

-ARM7微處理器系列

1994年推出，使用範圍最廣的 32 位嵌入式處理器系列。

0.9MIPS/MHz的三級流水線和馮諾依曼結構。

ARM7系列包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、帶有高速緩存處理器宏單元的ARM720T。

該系列處理器提供Thumb 16位壓縮指令集和EmbededICE軟體調試方式，適用於更大規模的SoC設計中。

ARM7TDMI基於ARM體系結構V4版本，是目前低端的ARM核。

-ARM9微處理器系列

ARM9採用哈佛體系結構，指令和數據分屬不同的總線，可以並行處理。

在流水線上，ARM7是三級流水線，ARM9是五級流水線。

由於結構不同，ARM7的執行效率低於ARM9。

基於Arm9內核的處理器，是具有低功耗，高效率的開發平台。

廣泛用於各種嵌入式產品。

它主要應用於音頻技術以及高檔工業級產品，可以跑Linux以及Wince等高級嵌入式系統，可以進行介面設計，做出人性化的人機互動介面，像一些網絡產品和手機產品。

-ARM9E微處理器系列

ARM9E中的E就是Enhance instrctions，意思是增強型DSP指令，說明了ARM9E其實就是ARM9就一個擴充，變種。

ARM9E系列微處理器為可綜合處理器，使用單一的處理器內核提供了微控制器、DSP、Java應用系統的解決方案，極大的減少了晶片的面積和系統的複雜程度。

ARM9E系列微處理器提供了增強的DSP處理能力，很適合於那些需要同時使用DSP和微控制器的應用場合。

-ARM10E微處理器系列

ARM10E系列微處理器為可綜合處理器，使用單一的處理器內核提供了微控制器、DSP、Java應用系統的解決方案，極大的減少了晶片的面積和系統的複雜程度。

ARM9E系列微處理器提供了增強的DSP處理能力，很適合於那些需要同時使用DSP和微控制器的應用場合。

ARM10E與ARM9E區別在於，ARM10E使用哈佛結構，6級流水線，主頻最高可達325MHz，1.35MIPS/HZ。

-ARM11微處理器系列

ARM公司近年推出的新一代RISC處理器，它是ARM新指令架構——ARMv6的第一代設計實現。

該系列主要有ARM1136J，ARM1156T2和ARM1176JZ三個內核型號，分別針對不同應用領域。

ARM11的媒體處理能力和低功耗特點，特別適用於無線和消費類電子產品；其高數據吞吐量和高性能的結合非常適合網絡處理應用；另外，也在實時性能和浮點處理等方面ARM11可以滿足汽車電子應用的需求。

Cortex系列

ARM公司在經典處理器ARM11以後的產品改用Cortex命名，並分成A、R和M三類，旨在為各種不同的市場提供服務。

Cortex系列屬於ARMv7架構，由於應用領域不同，基於v7架構的Cortex處理器系列所採用的技術也不相同，基於v7A的稱為Cortex-A系列，基於v7R的稱為Cortex-R系列，基於v7M的稱為Cortex-M系列。

-ARM Cortex-A

ARM Cortex-A 系列應用型處理器可向託管豐富OS平台和用戶應用程式的設備提供全方位的解決方案，從超低成本手機、智慧型手機、移動計算平台、數位電視和機頂盒到企業網絡、印表機和伺服器解決方案。

ARM在Cortex-A系列處理器大體上可以排序為：Cortex-A57處理器、Cortex-A53處理器、Cortex-A15處理器、Cortex-A9處理器、Cortex-A8處理器、Cortex-A7處理器、Cortex-A5處理器、ARM11處理器、ARM9處理器、ARM7處理器，再往低的部分手機產品中基本已經不再使用。

-ARM Cortex-R

ARM Cortex-R實時處理器為要求可靠性、高可用性、容錯功能、可維護性和實時響應的嵌入式系統提供高性能計算解決方案。

Cortex-R 系列處理器通過已經在數以億計的產品中得到驗證的成熟技術提供極快的上市速度，並利用廣泛的 ARM 生態系統、全球和本地語言以及全天候的支持服務，保證快速、低風險的產品開發。

-ARM Cortex-M

ARM Cortex-M處理器系列是一系列可向上兼容的高能效、易於使用的處理器，這些處理器旨在幫助開發人員滿足將來的嵌入式應用的需要。

這些需要包括以更低的成本提供更多功能、不斷增加連接、改善代碼重用和提高能效。

Cortex-M 系列針對成本和功耗敏感的MCU和終端應用（如智能測量、人機接口設備、汽車和工業控制系統、大型家用電器、消費性產品和醫療器械）的混合信號設備進行過優化。

SecurCore系列

SecurCore系列處理器專門為安全需要而設計，提供了完善的32位RISC技術的安全解決方案，因此，SecurCore系列微處理器除了具有ARM體系結構的低功耗，高性能的特點外，還具有其獨特的優勢，即提供了對安全解決方案的支持。

SecurCore 系列微處理器主要應用於一些對安全性要求較高的應用產品及應用系統，如電子商務，電子政務等。

SecurCore系列微處理器包含：SecurCore SC100, SecurCore SC110, SecurCore SC200和SecurCore SC21。

Intel的Xscale系列

Intel的XScale源於ARM內核，在這個架構基礎上擴展，它保留了對以往產品的向下兼容性。

在指令集結構上，XScale仍然屬於ARM的「V5TE」體系，與ARM9，10系列內核相同，但它擁有與眾不同的7級流水線，除了無法直接支持Java解碼和V6 SIMD指令集外，各項性能參數與ARM11核心都比較接近。

再結合Intel在半導體製造領域的技術優勢，XScale獲得了極大的性能提升，它的最高頻率可達到1GHz，並保持ARM體系貫有的低功耗特性。

Inter的StrongARM

在PDA領域，Intel的StrongARM和XScale處理器占據舉足輕重的地位，這兩者在架構上都屬於ARM體系，相當於ARM的一套實際應用方案。

StrongARM 系列處理器是現歸於英特爾旗下的ARM公司推出的一款旨在支持WinCE3.0-PocketPC系統的RISC（精簡指令集）處理器。

新興市場的一條蛟龍

正如開頭所說，ARM公司的高性能、低耗能的RISC微處理器目前占據了手機處理器90%的市場份額。

然而一些預測機構分析，智慧型手機市場開始趨於穩定。

相較於去年，只實現了個位數的增長。

ARM也不會單純的在消費電子領域停滯不前。

前不久軟銀收購ARM，也被眾多分析師解讀，認為這是吹響了進軍物聯網的一個號角。

對ARM本身產品來說，ARM非常注重於提升晶片的能效。

不僅如此，ARM的架構是旗下所有32位處理器都可以支持強大的非對稱加密算法和協議，考慮到物聯網設備需要時常連接到網絡，隨著市場的逐漸發展，強大的加密和安全功能毫無疑問將會變得越來越重要。

並且，ARM在兩年前的年度技術論壇上，推出了專門針對IoT領域的mbed物聯網設備平台——mbed平台。

ARM希望割裂的IoT市場給整合起來，形成一個大統一環境。

在人工智慧領域，ARM認為，此技術陣營眾多，現階段ARM選擇深耕後端控制技術，以支持各式各樣的人工智慧應用。

比如NVIDIA採用ARM處理器與自家的GPU實現人工智慧。

在視覺系統部分，主要是由GPU搜集外界資訊進行處理，但在此同時也會衍生出需要作業系統驅動後端應用需求的功能，而ARM處理器即是協助後端應用的協調工作。

換言之，前端是由GPU或FPGA來實作，而後端涉及到Linux作業系統的部分則由ARM處理器負責。

在汽車電子，ARM亦有不俗的表現，例如以汽車電子中的PND為例，ARM就占據了80％以上的市場。

然而汽車的MCU產品中大部分是8位、16位。

ARM的全球嵌入式總監表示：「32位MCU的成本已經降低了很多，有的甚至還低於16位的MCU，基於Cortex-M3的MCU提供了更強大的運算能力和其他功能，如集成USB、DMA等，都是8位和16位MCU無法比擬的。

」不僅如此ARM專門推出了針對FPGA的Cortex－M3軟核，NVIDIA前不久還發布了基於ARM架構搭載的Parker系列，專為NVIDIA的 DRIVE PX 2智能汽車系統準備。

如今物聯網、汽車電子、人工智慧等新興領域的興起，給ARM創造了更多的機會。

在智慧型手機已經酒足飯飽且趨於平穩的市場中，ARM也尋求著更多的突破。

最近有報導，說三星準備丟開ARM 開發RISC-V架構自主CPU內核。

莫非這消息透露出隨著時間推移，ARM生存空間被壓縮？不管怎麼，我們還是更期待ARM在更多新興領域的表現。