指令集架构和处理器系列命名规则

arm 架构是构建每个 arm 处理器的基础。arm 架构随着时间的推移不断发展,其中包含的架构功能可满足不断增长的新功能、高性能需求以及新兴市场的需要。
可以先来看一张简图:
可见:架构的命名比较规则从armv1到armv8,数字越大越先进。x(variants) 分成四个组成部分:
armv -- 固定字符,即arm version
n -- 指令集版本号。迄今为之,arm架构版本发布了8个系列,所以n=[1:8]。其中最新的版本是第8版,具体看arm官方网站。
variants -- 变种。
x(variants)-- 排除x后指定的变种
但是处理器系列的命名就比较混乱了,因此接下来以架构的顺序来介绍arm的历史:
(1)armv1、armv2 这两代没有做cpu,没有商业化;
(2)armv3 对应的 cpu 是 arm6,它作为ip核、独立的处理器、具有片上高速缓存、mmu和写缓冲的集成cpu;
(3)armv4 首次增加 thumb 指令集:
有符号和无符号的半字读取和写入指令。带符号的字节读取和写入指令。
增加了处理器的系统模式(特权模式)。在该模式下,使用的是用户模式下的寄存器。
为结构定义的操作预留一些swi(软中断指令)空间
armv4和armv4t结构的处理器得到了广泛的应用。sa-110、sa-1110等是基于armv4的;
对应的 cpu 有:arm7tdmi、arm720t、 arm9tdmi、arm940t、arm920t、intel的strongarm等是基于armv4t版本。
(4)armv5 包括v5te和v5tej,v5te在v5t的基础上增加了信号处理(dsp)指令集,v5tej除了具备v5t的功能外,还可以执行java字节 代码,是在arm上执行java指令的效率提高了5-10倍,并且降低了功耗。
对应的 cpu 有:
armv5te指令集:arm9-e-s,arm966-e-s,arm1020-e,arm1022-e,arm940-t
armv5ej指令集:arm926-ej-s,arm7-ej-s,arm1026-ej-s
(5)armv6 首次增加 simd,升级为 thunmb-2,首次增加trustzone;
armv6是2001年发布的。其目标是在有效的芯片面积上为嵌入式系统提供更高的性能。
对应 cpu 有:arm1136-j(f)-s,arm1156-j(f)-s,arm1176-j(f)-s,arm11 mpcore
armv6是arm进化史上的一个重要里程碑:从那时候起,许多突破性的新技术被引进,存储器系统加入了很多的崭新的特性,单指令流多数据流(simd)指令也是从v6开始首次引入的。而最前卫的新技术,就是经过优化的thumb‐2指令集,它专为低成本的单片机及汽车组件市场。
(6)armv7 首次增加 m(长乘法指令),neon(dsp+simd),2004年发布了新的armv7体系结构。在这个版本中,内核架构首次从单一款式变成3种款式。
cpu 系列名字为“cortex”,分为了3个款式:a、r、m & sc;
(6.1)a 系列,支持大型嵌入式系统,如手机;
节能:a5,a7
平衡:a8,a9
性能:a15,a17
(6.2)r 系列,real-time 处理器,即执行一个指令段的耗时是固定时钟周期数,用于高端的嵌入式系统,尤其是那些带有实时要求的--又要快又要实时。
用于比如汽车控制,这种不允许随机执行时间的应用
功能安全:r4,r5
存储、调制解调:r7,r8
(6.3)m 系列,单片机市场,抢8051的生意;
超低的功耗、面积:m0,m0+
平衡:m3,m4,m7
(6.4)sc(securcore)系列,主打“安全”,面向支付、政府、sim 卡
sc000,sc300;
(7)armv8 首次增加 指令集a64,可执行64位指令;可在 32位 和 64位 之间切换;是arm公司为满足新需求而重新设计的一个架构,是近20年来,arm架构变动最大的一次。它引入的execution state、exception level、security state等新特性,已经和我们对旧的arm架构的认知,有很大差距了。
(7.1)a 系列,
节能:a32,a35
平衡:a53,
性能:a57,a72,a73
(7.2)r 系列
功能安全:r52
(7.3)m 系列,
超低的功耗、面积:m23
平衡:m33

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