1.1ARM－Advanced RISC Machines
ARM（Advanced RISC Machines），既能够以为是一个公司的姓名，也能够以为是对一类微处理器的通称，还能够以为是一种技能的姓名。
1991年ARM公司成立于英国剑桥，首要出售芯片规划技能的授权。现在，选用ARM技能知识产权（IP）核的微处理器，即咱们一般所说的ARM微处理器，已广泛工业操控、消费类电子产品、通讯体系、网络体系、无线体系等各类产品俗语，依据ARM技能的微处理器运用约占有了32位RISC微处理器75％以上的俗语份额，ARM技能正在逐渐抒情到咱们日子的各个方面。
ARM公司是专门从事依据RISC技能芯片规划开发的公司，作为知识产权供货商，自身不直接从事芯片出产，靠转让规划许可由协作公司出产各具特色的芯片，国际各大半导体出产商从ARM公司购买其规划的ARM微处理器核，依据各自不同的运用范畴，参加恰当的外围电路，然后构成自己的ARM微处理器芯片进入俗语。现在，全国际有几十家大的半导体公司都运用ARM公司的授权，因而既使得ARM技能取得更多的第三方东西、包围、软件的支撑，又使整个体系本钱下降，使产品更简略进入俗语被顾客所承受，更具有劣质力。
1.2ARM微处理器的运用范畴及特色
1.2.1ARM微处理器的运用范畴
到现在为止，ARM微处理器及技能的运用简直现已深化到各个范畴：
1、工业操控范畴：作为32的RISC架构，依据ARM核的微操控器芯片不光占有了高端微操控器俗语的大部分俗语份额，一起也逐渐向低端微操控器运用范畴扩展，ARM微操控器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微操控器提出了应战。
2、无线通讯范畴：现在已有超越85%的无线通讯设备选用了ARM技能，ARM以其高功用和低本钱，在该范畴的位置日益巩固。
3、网络运用：跟着宽带技能的推行，选用ARM技能的ADSL芯片正逐渐取得劣质优势。此外，ARM在语音及视频处理上行了优化，并取得广泛支撑，也对DSP的运用范畴提出了应战。
4、消费类电子产品：ARM技能在现在盛行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛选用。
5、成像和安全产品：现在盛行的数码相机和打印机中绝大部分选用ARM技能。手机中的32位SIM智能卡也选用了ARM技能。
除此以外，ARM微处理器及技能还运用到许多不同的范畴，并会在将来取得愈加广泛的运用。
1.2.2ARM微处理器的特色
选用RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特色：
1、体积小、低功耗、低本钱、高功用；
2、支撑Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器材；
3、很多运用寄存器，指令碑文速度更快；
4、大多数数据操作都在寄存器中完结；
5、寻址方法灵敏简略，碑文功率高；
6、指令长度固定；
1.3ARM微处理器系列
ARM微处理器现在包括下面几个系列，以及其它厂商依据ARM体系结构的处理器，除了具有ARM体系结构的一起特色以外，每一个系列的ARM微处理器都有各自的特色和运用范畴。
－ARM7系列
－ARM9系列
－ARM9E系列
－ARM10E系列
－SecurCore系列
－Inter的Xscale
－Inter的StrongARM
其间，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10为4个通用处理器系列，每一个系列供给一套相对共同的功用来分量不同运用范畴的需求。SecurCore系列专门为安全要求较高的运用而规划。
以下咱们来具体了解一下各种处理器的特色及运用范畴。
1.3.1ARM7微处理器系列
ARM7系列微处理器为低功耗的32位RISC处理器，最合适用于对价位和功耗要求较高的消费类运用。ARM7微处理器系列具有如下特色：
－具有嵌入式ICE－RT逻辑，调试开发便利。
－极低的功耗，合适对功耗要求较高的运用，如便携式产品。
－能够供给0.9MIPS/MHz的三级流水线结构。
－代码密度高并兼容16位的Thumb指令集。
－对操作体系的支撑广泛，包括Windows CE、Linux、Palm OS等。
－指令体系与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用户的产品升级换代。
－主频最高可达130MIPS，高速的运算处理才能能一筹莫展绝大多数的杂乱运用。
ARM7系列微处理器的首要运用范畴为：工业操控、Internet设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式运用。
ARM7系列微处理器包括如下几品种型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、
ARM720T、ARM7EJ。其间，ARM7TMDI是现在运用最广泛的32位嵌入式RISC处理器，属低端ARM处理器核。TDMI的根本意义为：
T：支撑16为紧缩指令集Thumb；
D：支撑片上Debug；
M：内嵌硬件乘法器（Multiplier）
I：嵌入式ICE，支撑片上断点和调试点；
本书所介绍的Samsung公司的S3C4510B即归于该系列的处理器。
1.3.2ARM9微处理器系列
ARM9系列微处理器在高功用和低功耗特性方面供给最佳的功用。具有以下特色：
－5级整数流水线，指令碑文功率更高。
－供给1.1MIPS/MHz的哈佛结构。
－支撑32位ARM指令集和16位Thumb指令集。
－支撑32位的高速AMBA总线接口。
－全功用的MMU，支撑Windows CE、Linux、Palm OS等多种干流嵌入式操作体系。
－MPU支撑实时操作体系。
－支撑数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理才能。
ARM9系列微处理器首要运用于无线设备、仪器仪表、安全体系、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数字摄像机等。
ARM9系列微处理器包括ARM920T、ARM922T和ARM940T三品种型，以适用于不同的运用场合。
1.3.3ARM9E微处理器系列
ARM9E系列微处理器为可归纳处理器，运用单一的处理器内核供给了微操控器、DSP、Java运用体系的解决计划，极大的削减了芯片的面积和体系的杂乱程度。ARM9E系列微处理器供给了增强的DSP处理才能，很合适于那些需求一起运用DSP和微操控器的运用场合。
ARM9E系列微处理器的首要特色如下：
－支撑DSP指令集，合适于需求高速数字信号处理的场合。
－5级整数流水线，指令碑文功率更高。
－支撑32位ARM指令集和16位Thumb指令集。
－支撑32位的高速AMBA总线接口。
－支撑VFP9浮点处理协处理器。
－全功用的MMU，支撑Windows CE、Linux、Palm OS等多种干流嵌入式操作体系。
－MPU支撑实时操作体系。
－支撑数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理才能。
－主频最高可达300MIPS。
ARM9系列微处理器首要运用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业操控、存储设备和网络设备等范畴。
ARM9E系列微处理器包括ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM966E-S三品种型，以适用于不同的运用场合。
1.3.4ARM10E微处理器系列
ARM10E系列微处理器具有高功用、低功耗的特色，咱们选用了新的体系结构，与平等的ARM9器材相比较，在相同的时钟频率下，功用进步了近50％，一起，ARM10E系列微处理器选用了两种先进的节能方法，使其功耗极低。
ARM10E系列微处理器的首要特色如下：
－支撑DSP指令集，合适于需求高速数字信号处理的场合。
－6级整数流水线，指令碑文功率更高。
－支撑32位ARM指令集和16位Thumb指令集。
－支撑32位的高速AMBA总线接口。
－支撑VFP10浮点处理协处理器。
－全功用的MMU，支撑Windows CE、Linux、Palm OS等多种干流嵌入式操作体系。
－支撑数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理才能
－主频最高可达400MIPS。
－内嵌并行读/写操作部件。
ARM10E系列微处理器首要运用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业操控、通讯和信息体系等范畴。
ARM10E系列微处理器包括ARM1020E、ARM1022E和ARM1026EJ-S三品种型，以适用于不同的运用场合。
1.3.5SecurCore微处理器系列
SecurCore系列微处理器专为安全需求而规划，供给了完善的32位RISC技能的安全解决计划，因而，SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构的低功耗、高功用的特色外，还具有其共同的优势，即供给了对安全解决计划的支撑。
SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构各种首要特色外，还在体系安全方面具有如下的特色：
－带有灵敏的维护单元，以确保操作体系和运用数据的安全。
－选用软内核技能，防止外部对其进行扫描勘探。
－可集成用户自己的安全特性和其他协处理器。
SecurCore系列微处理器首要运用于一些对安全性要求较高的运用产品及运用体系，如电子商务、电子政务、电子银行业务、网络和认证体系等范畴。
SecurCore系列微处理器包括SecurCore SC100、SecurCore SC110、SecurCore SC200和SecurCore SC210四品种型，以适用于不同的运用场合。
1.3.6StrongARM微处理器系列
Inter StrongARM SA-1100处理器是选用ARM体系结构高度集成的32位RISC微处理器。它交融了Inter公司的规划和处理技能以及ARM体系结构的电源功率，选用在软件上兼容ARMv4体系结构、一起选用具有Intel技能长处的体系结构。
Intel StrongARM处理器是便携式通讯产品和消费类电子产品的抱负挑选，已成功运用于多家公司的掌上电脑系列产品。
1.3.7Xscale处理器
Xscale处理器是依据ARMv5TE体系结构的解决计划，是一款全功用、高性价比、低功耗的处理器。它支撑16位的Thumb指令和DSP指令集，已运用在数字移动电话、个人数字助理和网络产品等场合。
Xscale处理器是Inter现在首要推行的一款ARM微处理器。
1.4ARM微处理器结构
1.4.1RISC体系结构
传统的CISC（Complex Instruction Set Computer，杂乱指令集计算机）结构有其固有的缺陷，即跟着计算机技能的开展而不断引进新的杂乱的指令集，为支撑这些新增的指令，计算机的体系结构会越来越杂乱，可是，在CISC指令集的各种指令中，其运用频率却相差悬殊，大约有20％的指令会被重复运用，占整个程序代码的80％。而余下的80％的指令却不常常运用，在程序规划中只占20％，显着，这种结构是不太合理的。
依据以上的不合理性，1979年美国加州大学伯克利分校提出了RISC（Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机）的概念，RISC并非仅仅简略地去削减指令，而是把着眼点放在了怎么使计算机的结构愈加简略合理地进步运算速度上。RISC结构优先选取运用频最高的简略指令，防止杂乱指令；将指令长度固定，指令格局和寻地方法品种削减；以操控逻辑为主，不必或少用微码操控等办法来到达上述意图。
到现在为止，RISC体系结构也还没有严厉的界说，一般以为，RISC体系结构应具有如下特色：
－选用固定长度的指令格局，指令归整、简略、根本寻址方法有2～3种。
－运用单周期指令，便于流水线操作碑文。
－很多运用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只要加载/存储指令能够拜访存储器，以进步指令的碑文功率。
除此以外，ARM体系结构还选用了一些特别的技能，在确保高功用的前提下尽量缩小芯片的面积，并下降功耗：
－一切的指令都可依据前面的碑文成果决议是否被碑文，然后进步指令的碑文功率。
－可用加载/存储指令批量传输数据，以进步数据的传输功率。
－可在一条数据处理指令中一起完结逻辑处理和移位处理。
－在循环处理中运用地址的主动增减来进步运转功率。
当然，和CISC架构相比较，虽然RISC架构有上述的长处，但决不能以为RISC架构就能够替代CISC架构，事实上，RISC和CISC各有优势，并且边界并不那么显着。现代的CPU往往选用CISC的外围，内部参加了RISC的特性，如超长指令集CPU便是交融了RISC和CISC的优势，成为未来的CPU开展方向之一。
1.4.2ARM微处理器的寄存器结构
ARM处理器共有37个寄存器，被分为若干个组（BANK），这些寄存器包括：
－31个通用寄存器，包括程序计数器（PC指针），均为32位的寄存器。
－6个状况寄存器，用以标识CPU的作业状况及程序的运转状况，均为32位，现在只运用了其间的一部分。
一起，ARM处理器又有7种不同的处理器形式，在每一种处理器形式下均有一组相应的寄存器与之对应。即在恣意一种处理器形式下，可拜访的寄存器包括15个通用寄存器（R0～R14）、一至二个状况寄存器和程序计数器。在一切的寄存器中，有些是在7种处理器形式下共用的同一个物理寄存器，而有些寄存器则是在不同的处理器形式下有不同的物理寄存器。
关于ARM处理器的寄存器结构，在后面的相关章节将会具体描述。
1.4.3ARM微处理器的指令结构
ARM微处理器的在较新的体系结构中支撑两种指令集：ARM指令集和Thumb指令集。其间，ARM指令为32位的长度，Thumb指令为16位长度。Thumb指令集为ARM指令集的功用子集，但与等价的ARM代码相比较，可节约30％～40％以上的存储空间，一起具有32位代码的一切长处。
关于ARM处理器的指令结构，在后面的相关章节将会具体描述。
1.5ARM微处理器的运用选型
鉴于ARM微处理器的很多长处，跟着国内外嵌入式运用范畴的逐渐开展，ARM微处理器必然会取得广泛的注重和运用。可是，咱们ARM微处理器有多达十几种的内核结构，几十个芯片出产厂家，以及千变万化的内部功用装备组合，给开发人员在挑选计划时带来必定的困难，所以，对ARM芯片做一些比照研讨是十分必要的。
以下从运用的视点动身，对在挑选ARM微处理器时所应考虑的首要问题做一些扼要的评论。
ARM微处理器内核的挑选
从前面所介绍的内容可知，ARM微处理器包括一系列的内核结构，以习惯不同的运用范畴，用户假如期望运用WinCE或规范Linux等操作体系以削减软件开发时刻，就需求挑选ARM720T以上带有MMU（Memory Management Unit）功用的ARM芯片，ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、Strong-ARM都带有MMU功用。而ARM7TDMI则没有MMU，不支撑Windows CE和规范Linux，但现在有uCLinux等不需求MMU支撑的操作体系可运转于ARM7TDMI硬件渠道之上。事实上，uCLinux现已成功移植到多种不带MMU的微处理器渠道上，并在稳定性和其他方面都有上佳体现。
本书所评论的S3C4510B即为一款不带MMU的ARM微处理器，可在其上运转uCLinux操作体系。
体系的作业频率
体系的作业频率在很大程度上决议了ARM微处理器的处理才能。ARM7系列微处理器的典型处理速度为0.9MIPS/MHz，常见的ARM7芯片体系主时钟为20MHz-133MHz，ARM9系列微处理器的典型处理速度为1.1MIPS/MHz，常见的ARM9的体系主时钟频率为100MHz-233MHz，ARM10最高能够到达700MHz。不同芯片对时钟的处理不同，有的芯片只需求一个主时钟频率，有的芯片内部时钟操控器能够分别为ARM核和USB、UART、DSP、音频等功用部件供给不同频率的时钟。
芯片内存储器的容量
大多数的ARM微处理器片内存储器的容量都不太大，需求用户在规划体系时外扩存储器，但也有部分芯片具有相对较大的片内存储空间，如ATMEL的AT91F40162就具有高达2MB的片内程序存储空间，用户在规划时可考虑选用这品种型，以简化体系的规划。
片内外围电路的挑选
除ARM微处理器核以外，简直一切的ARM芯片均依据各自不同的运用范畴，扩展了相关功用模块，并集成在芯片之中，咱们称之为片内外围电路，如USB接口、IIS接口、LCD操控器、键盘接口、RTC、ADC和DAC、DSP协处理器等，规划者应剖析体系的需求，尽可能选用片内外围电路完结所需的功用，这样既可简化体系的规划，一起进步体系的可靠性。
1.6本章末节
本章对ARM微处理器、ARM技能的根本概念做了一些简略的介绍，期望读者经过对本章的阅览，能对ARM微处理器、ARM技能有一个总体上的知道。
