一文讀懂ARM技術架構(gòu)

據(jù)BBC報道稱，其最近獲得的內(nèi)部文件顯示，英國芯片設計公司ARM已經(jīng)告訴員工，必須暫停與華為的業(yè)務往來。在文件中，ARM指示員工暫停與華為及其子公司的“所有有效合同、支持津貼，以及任何尚未簽訂的合約”，以遵守美國最近的一項貿(mào)易限制措施。

一位分析師表示，如果這一行動長期執(zhí)行下去，對于華為來說，將是一個“不可逾越”的打擊。

他說，這將極大地影響華為開發(fā)自己的芯片的能力。因為，華為旗下海思設計的許多芯片目前都是使用ARM的基礎技術制造的，并需要為此支付專利許可費用。

ARM的設計是全球大多數(shù)移動設備處理器的基礎。各大手機芯片，包括高通驍龍、Apple A系列、華為麒麟芯片、三星Exynos，等它們的底層均是ARM的技術。

1991 年ARM 公司成立于英國劍橋，在成立后的那幾年，ARM業(yè)績平平，工程師們也人心惶惶，害怕隨時都會失業(yè)。在這個情況下，ARM決定改變他們的產(chǎn)品策略——他們不再生產(chǎn)芯片，轉(zhuǎn)而以授權(quán)的方式，將芯片設計方案轉(zhuǎn)讓給其他公司，即“Partnership”開放模式。

沒想到正是這種模式，開創(chuàng)了屬于ARM的全新時代。

ARM所采取的是IP(Intellectual Property，知識產(chǎn)權(quán))授權(quán)的商業(yè)模式，收取一次性技術授權(quán)費用和版稅提成。

具體來說，ARM有三種授權(quán)方式：處理器、POP以及架構(gòu)授權(quán)。

處理器授權(quán)是指授權(quán)合作廠商使用ARM設計好的處理器，對方不能改變原有設計，但可以根據(jù)自己的需要調(diào)整產(chǎn)品的頻率、功耗等。

POP(processor optimization pack，處理器優(yōu)化包)授權(quán)是處理器授權(quán)的高級形式， ARM出售優(yōu)化后的處理器給授權(quán)合作廠商，方便其在特定工藝下設計、生產(chǎn)出性能有保證的處理器。

架構(gòu)授權(quán)是ARM會授權(quán)合作廠商使用自己的架構(gòu)，方便其根據(jù)自己的需要來設計處理器(例如后來高通的Krait架構(gòu)和蘋果的Swift架構(gòu)，就是在取得ARM的授權(quán)后設計完成的)。所以，授權(quán)費和版稅就成了ARM的主要收入來源。除此之外，就是軟件工具和技術支持服務的收入。

ARM 微處理器的應用領域及特點

ARM處理器市場覆蓋率最高、發(fā)展趨勢廣闊，基于ARM技術的32位微處理器，市場的占有率目前已達到80%。絕大多數(shù)IC制造商都推出了自己的ARM結(jié)構(gòu)芯片。我國的中興集成電路、大唐電訊、華為海思、中芯國際和上海華虹，以及國外的一些公司如德州儀器、意法半導體、Philips、Intel、Samsung等都推出了自己設計的基于ARM核的處理器。

工業(yè)控制領域：作為32 的RISC 架構(gòu)，基于ARM 核的微控制器芯片不但占據(jù)了高端微控制器市場的大部分市場份額，同時也逐漸向低端微控制器應用領域擴展，ARM 微控制器的低功耗、高性價比，向傳統(tǒng)的8 位/16 位微控制器提出了挑戰(zhàn)。

無線通訊領域：目前已有超過85%的無線通訊設備采用了ARM 技術， ARM 以其高性能和低成本，在該領域的地位日益鞏固。

網(wǎng)絡設備：隨著寬帶技術的推廣，采用ARM 技術的ADSL 芯片正逐步獲得競爭優(yōu)勢。此外，ARM 在語音及視頻處理上進行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，也對DSP 的應用領域提出了挑戰(zhàn)。

消費類電子產(chǎn)品：ARM 技術在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機頂盒和游戲機中得到廣泛采用。

成像和安全產(chǎn)品：現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機和打印機中絕大部分采用ARM 技術。手機中的32位SIM 智能卡也采用了ARM 技術。

ARM處理器的特點：

1、體積小、低功耗、低成本、高性能;

2、支持Thumb(16 位)/ARM(32 位)雙指令集，能很好的兼容8 位/16 位器件;

3、大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快;

4、大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成;

5、尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高;

6、指令長度固定;

ARM相關的幾個重要概念

馮·諾依曼體系

結(jié)構(gòu)模型：

馮·諾依曼體系的特點：

1、數(shù)據(jù)與指令都存儲在同一存儲區(qū)中，取指令與取數(shù)據(jù)利用同一數(shù)據(jù)總線。

2、被早期大多數(shù)計算機所采用。

3、ARM7——馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)簡單,但速度較慢。取指不能同時取數(shù)據(jù)。

哈佛體系結(jié)構(gòu)模型：

結(jié)構(gòu)特點：

1、程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器分開.

2、提供了較大的存儲器帶寬，各自有自己的總線。

3、適合于數(shù)字信號處理.

4、大多數(shù)DSP都是哈佛結(jié)構(gòu).

5、ARM9是哈佛結(jié)構(gòu)，取指和取數(shù)在同一周期進行，提高速度，改進哈佛體系結(jié)構(gòu)分成三個存儲區(qū)：程序、數(shù)據(jù)、程序和數(shù)據(jù)共用。

CISC復雜指令集(Complex Instruction Set Computer)

特點：

1、具有大量的指令和尋址方式

2、8/2原則：80%的程序只使用20%的指令

3、大多數(shù)程序只使用少量的指令就能夠運行。

4、CISC CPU 包含有豐富的單元電路，因而功能強、面積大、功耗大。

RISC精簡指令集(Reduced Instruction Set Computer)

特點：

1、在通道中只包含最有用的指令,只提供簡單的操作。

2、確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令。

3、Load-store結(jié)構(gòu)—— 處理器只處理寄存器中的數(shù)據(jù)，load-store指令用來完成數(shù)據(jù)在寄存器和外部存儲器之間的傳送。

4、使CPU硬件結(jié)構(gòu)設計變得更為簡單， RISC CPU包含較少的單元電路，因而面積小、功耗低。