有粉絲問我到底什么是 ARM，搞不清楚 Cortex、arm 內(nèi)核、arm 架構(gòu)、ARM 指令集、soc 這些概念都是什么關(guān)系，下面一口君給大家整理一下關(guān)于 ARM 相關(guān)的一些概念。

1、ARM 既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。2、ARM 公司是專門從事基于 RISC 技術(shù)芯片設(shè)計(jì)開發(fā)的公司，作為知識產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，本身不直接從事芯片生產(chǎn)，而是轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可，由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片。3、ARM 處理器的內(nèi)核是統(tǒng)一的，由 ARM 公司提供，而片內(nèi)部件則是多樣的，由各大半導(dǎo)體公司設(shè)計(jì)，這使得 ARM 設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的時(shí)候，可以基于同樣的核心，使用不同的片內(nèi)外設(shè)，從而具有很大的優(yōu)勢。

下面我們針對這些概念，給大家逐一介紹。

ARM 公司

ARM 首先是一個(gè)公司，即 Advanced RISC Machines 的縮寫。但是他本來并不叫這個(gè)名字，來看看 ARM 公司的成長歷史。

1978 年，一個(gè)名叫 Hermann Hauser 的奧地利籍物理學(xué)博士，還有他的朋友，一個(gè)名叫 Chris Curry 的英國工程師成立了一家名字叫“CPU”的公司。這家 CPU 公司的全稱，是 Cambridge Processor Unit，字面意思是“劍橋處理器單元”。

CPU 公司成立之后，主要從事電子設(shè)備設(shè)計(jì)和制造的業(yè)務(wù)。他們接到的第一份訂單，是制造賭博機(jī)的微控制器系統(tǒng)。

這個(gè)微控制器系統(tǒng)被開發(fā)出來后，稱之為 Acorn System 1。

之所以叫 Acorn，就是因?yàn)樗麄兿朐陔娫掽S頁里排在 Apple（蘋果）公司的前面。

在 Acorn System 1 之后，他們又陸續(xù)開發(fā)了 System 2、3、4，還有面向消費(fèi)者的盒式計(jì)算機(jī)——Acorn Atom。

到了 1981 年，公司迎來了一個(gè)難得的機(jī)遇——英國廣播公司 BBC 打算在整個(gè)英國播放一套提高電腦普及水平的節(jié)目，他們希望 Acorn 能生產(chǎn)一款與之配套的電腦。

但是他們就發(fā)現(xiàn)，自己產(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)并不能滿足需求。當(dāng)時(shí)，中央處理器的發(fā)展潮流，正在從 8 位變成 16 位。Acorn 并沒有合適的芯片可以用。

于是，他們打算去找當(dāng)時(shí)如日中天的英特爾（Intel），希望對方提供一些 80286 處理器的設(shè)計(jì)資料和樣品。然而，英特爾無情地拒絕了他們。

備受打擊的 Acorn 公司，一氣之下決定自己干，自己造芯片。（多么熟悉的橋段?。?/p>

于是 Acorn 公司的研發(fā)人員從美國加州大學(xué)伯克利分校找到了一個(gè)關(guān)于新型處理器的研究——簡化指令集，恰好可以滿足他們的設(shè)計(jì)要求。

在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過多年的艱苦奮斗，來自劍橋大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)家 Sophie Wilson 和 Steve Furber 最終完成了微處理器的設(shè)計(jì)。前者負(fù)責(zé)指令集開發(fā)，后者負(fù)責(zé)芯片設(shè)計(jì)。

對于這塊芯片，Acorn 給它命名為Acorn RISC Machine。

這就是**“ARM”**三個(gè)字母的由來。

在 ARM1 之后，Acorn 陸續(xù)推出了好幾個(gè)系列，例如 ARM2，ARM3。

1990 年，Acorn 為了和蘋果合作，專門成立了一家公司，名叫 ARM。

注意，這里的 ARM 是公司名稱，不是芯片名稱。這個(gè) ARM 的完全拼寫也不一樣，是 Advanced RISC Machines。

前面的芯片名稱：Acorn RISC Machine 現(xiàn)在的公司名稱：Advanced RISC Machines

20 世紀(jì) 90 年代，ARM 32 位 RISC(Reduced lnstruction Set Computer)處理器擴(kuò)展到國際范圍，占有了低功耗、低成本和高功能的嵌入式體系運(yùn)用領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

ARM 公司既不出產(chǎn)芯片也不出售芯片，它只出售芯片技能授權(quán)。

正式這個(gè)政策的制定，讓 ARM 公司擺脫了現(xiàn)金流的困擾，可以全身心都入到芯片研發(fā)上。

1998 年 4 月 17 日，業(yè)務(wù)飛速發(fā)展的 ARM 控股公司，同時(shí)在倫敦證交所和納斯達(dá)克上市。

2007 年，劃時(shí)代產(chǎn)品 -iPhone 問世。而第一代 iPhone，正是使用了 ARM 設(shè)計(jì)、三星制造的芯片。

2008 年，谷歌推出了 Android（安卓）系統(tǒng)，也是基于 ARM 指令集。至此，智能手機(jī)進(jìn)入了飛速發(fā)展階段，ARM 也因此奠定了在智能手機(jī)市場的霸主地位。

2016 年 7 月 18 日消息，日本軟銀以 234 億英鎊（約合 310 億美元）的價(jià)格收購英國芯片設(shè)計(jì)公司 ARM。

2020 年 9 月 14 日，英偉達(dá)正式宣布將以 400 億美元的價(jià)格從軟銀手中收購 ARM 公司。根據(jù)協(xié)議，英偉達(dá)將向軟銀公司支付價(jià)值 215 億美元的英偉達(dá)股票，以及 120 億美元現(xiàn)金。

目前這樁收購案遭到了包括英特爾、高通、特斯拉等多家硅谷科技巨頭的反對，他們認(rèn)為這筆交易對行業(yè)不利，此外中國和歐盟的監(jiān)管機(jī)構(gòu)也可能會(huì)反對該收購案。

靜觀其變吧！

ARM 內(nèi)核與架構(gòu)

任何一款 ARM 芯片都由兩大部分組成：ARM 內(nèi)核，外設(shè)。

ARM 內(nèi)核

ARM 內(nèi)核：包括了寄存器組、指令集、總線、存儲器映射規(guī)則、中斷邏輯和調(diào)試組件等。內(nèi)核是由 ARM 公司設(shè)計(jì)并以銷售方式授權(quán)給個(gè)芯片廠商使用的（ARM 公司本身不做芯片）。比如為高速度設(shè)計(jì)的 Cortex A8、A9 都是 ARMv7a 架構(gòu);Cortex M3、M4 是 ARMv7m 架構(gòu);前者是處理器（就是內(nèi)核），后者是指令集的架構(gòu)（也簡稱架構(gòu)）。

外設(shè)部分包括計(jì)時(shí)器、A/D 轉(zhuǎn)換器、存儲器、i2c、UART、SPI、ROM... 等等，則完全由各芯片廠商自己設(shè)計(jì)并與 ARM 內(nèi)核銜接配套。不同的芯片廠商就有不同的外設(shè)，因此構(gòu)成了數(shù)量和規(guī)格龐大的 ARM 芯片產(chǎn)業(yè)。

ARM 指令集架構(gòu)

指令集的設(shè)計(jì)是處理器結(jié)構(gòu)中最重要的一個(gè)部分，用 ARM 的術(shù)語稱之為 ISA（Instruction Set Architecture）。

指令集可以說是 cpu 設(shè)計(jì)的靈魂，是打開 CPU 這個(gè)潘多拉魔盒的咒語，要想使用 cpu，我們只能通過這些指令來操作 cpu。

對于 32 位的 cpu，這些指令就是一個(gè)個(gè) 32 位的 01 的序列，不同的值就代表了不同的機(jī)器指令，cpu 的硬件能完美的解析并執(zhí)行這些指令，比如尋址、運(yùn)算、異常處理等等。

當(dāng)我們用手機(jī)玩著王者榮耀的時(shí)候，要知道我們的每發(fā)的一招，其實(shí)最終都是被翻譯成了一系列機(jī)器指令。

從 1985 年 ARMv1 架構(gòu)誕生起，到 2011 年，ARM 架構(gòu)已經(jīng)發(fā)展到了第八代 ARMv8。

Cortex-A32/35/53/57/72/73/77/78 采用的都是 ARMv8 架構(gòu)，這是 ARM 公司的首款支持 64 位指令集的處理器架構(gòu)。

ARM11 之前的處理器和指令集架構(gòu)

ARM11 芯片之前，每一個(gè)芯片對應(yīng)的架構(gòu)關(guān)系如下：

ARM11 之后處理器和指令集架構(gòu)

ARM11 芯片之后，也就是從 ARMv7 架構(gòu)開始，ARM 的命名方式有所改變。

新的處理器家族，改以 Cortex 命名，并分為三個(gè)系列，分別是 Cortex-A，Cortex-R，Cortex-M。

很巧合，又是這三個(gè)字母A、R、M。

Cortex-A 系列（A：Application）

針對日益增長的消費(fèi)娛樂和無線產(chǎn)品設(shè)計(jì)，用于具有高計(jì)算要求、運(yùn)行豐富操作系統(tǒng)及提供交互媒體和圖形體驗(yàn)的應(yīng)用領(lǐng)域，如智能手機(jī)、平板電腦、汽車娛樂系統(tǒng)、數(shù)字電視，智能本、電子閱讀器、家用網(wǎng)絡(luò)、家用網(wǎng)關(guān)和其他各種產(chǎn)品。。

Cortex-R 系列 （R：Real-time）

針對需要運(yùn)行實(shí)時(shí)操作的系統(tǒng)應(yīng)用，面向如汽車制動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力傳動(dòng)解決方案、大容量存儲控制器等深層嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng)用。

Cortex-M 系列（M：Microcontroller）

該系列面向微控制器領(lǐng)域，主要針對成本和功耗敏感的應(yīng)用，如智能測量、人機(jī)接口設(shè)備、汽車和工業(yè)控制系統(tǒng)、家用電器、消費(fèi)性產(chǎn)品和醫(yī)療器械等。

Cortex-SC 系列（SC：SecurCore）

其實(shí)，除了上述三大系列之外，還有一個(gè)主打安全的 Cortex-SC 系列（SC：SecurCore），主要用于政府安全芯片。

ARM11 系列包括了 ARM11MPCore 處理器、ARM1176 處理器、ARM1156 處理器、ARM1136 處理器，它們是基于 ARMv6 架構(gòu)。

ARM Cortex-A5 處理器、Cortex-A7 處理器、Cortex-A8 處理器、Cortex-A9 處理器、Cortex-A15 處理器隸屬于 Cortex-A 系列，基于 ARMv7-A 架構(gòu)。

Cortex-A53、Cortex-A57 兩款處理器屬于 Cortex-A50 系列，首次采用 64 位 ARMv8 架構(gòu)。

2020 年 ARM 最近發(fā)布了一款全新的 CPU 架構(gòu) Cortex-A78，是基于 ARMv8.2 指令集。

什么是 SOC？

SoC 的全稱叫做：System-on-a-Chip，中文的的意思就是“把系統(tǒng)都做在一個(gè)芯片上”。

SoC 上集成了很多手機(jī)上最關(guān)鍵的部件，比如 CPU、GPU、內(nèi)存、也就說雖然它在主板上的存在是一個(gè)芯片，但是它里邊可是由很多部件封裝組成的。

比如通常我們所說的高通 801，麒麟 950. 三星的 exynos 4412，A6 等等都只是系統(tǒng)部件打包封裝（SoC）后的總稱。然而各家的打包封裝的內(nèi)容則不盡相同，原因也不盡相同。

經(jīng)典的 ARM 系統(tǒng)級芯片或所謂的 Soc 包含許多組件，其中只有一些直接源自 ARM。首先，核心本身通常深度嵌入在設(shè)備內(nèi)部，在設(shè)備范疇內(nèi)通常不直接可見，而調(diào)試端口通常是唯一和核心本身相連的外露部分，有一些粘合邏輯，如時(shí)鐘和復(fù)位集成電路。

由于 ARM 核心只有兩個(gè)中斷輸入，最常見的外設(shè)就是某種中斷控制器，在外設(shè)內(nèi)部，各組件通過芯片上互聯(lián)總線架構(gòu)相互連接，對于極大多數(shù)基于 ARM 的設(shè)備而言，這就是標(biāo)準(zhǔn)的 AMBA 互聯(lián)。

AMBA 指定了兩個(gè)總線，稱為 AXI 的高性能系統(tǒng)總線，和稱為 APB 的低功耗外設(shè)總線，APB 通常用于連接所有外設(shè)，AXI 則用于存儲器和其他發(fā)高速設(shè)備，大多數(shù)設(shè)備都有一定數(shù)量的芯片上存儲以及連接外設(shè)存儲器設(shè)備的接口，但是注意，與設(shè)備的外部連接并不是 AMBA 總線，這僅在設(shè)備內(nèi)部使用，并不外露。

舉例：Exynos 4412 SCP

下面我們以 三星的 Exynos（獵戶座） 4412 SCP 為例，來講解這幾個(gè)概念。

1. 三星的 Exynos 4412 SCP 是一款基于 Cortex-A9 的 SOC；

2. 如下圖所示，Exynos 4412 包含了 4 個(gè) Cortex-A9 的處理器（核）；

3. Cortex-A9 是基于 ARMv7-A 架構(gòu)（指令集）的。

由上圖可知，exynos 4412 出了包含 4 個(gè) Cortex-A9 核，還包括大量的外設(shè)控制器：DRAM Controller、SROM Controller、Camera IF、JPEG、GPS/GLONASS、Power Management、USB Host、I2C、UART、SPI 等。

和三星相同的其他和 arm 合作的各大廠商通常會(huì)把它的 CPU 和各類外圍 IP 都放到一起，然后自己拿著圖紙去流片，生產(chǎn)出來的也是一個(gè)正方形，下面有很多引腳，這個(gè)東西不僅包含了 CPU，還包含了其他的控制器，這個(gè)東西就叫做 SOC（system on chip）。

如下圖所示，就是三星最終生產(chǎn)的 Exynos ?4412 ?，當(dāng)然了，光有這個(gè) soc 還無法運(yùn)行安卓，還需要借助外圍大量的外設(shè)才能最終形成一個(gè)完整的系統(tǒng)，但是大部分最復(fù)雜的硬件部分模塊都已經(jīng)集成到了這個(gè) soc 中。

目前各大廠商所做的事情，就是買來 ARM 的授權(quán)，得到 ARM 處理器的源代碼，而后自己搞一些外圍 IP（或者買或者自己設(shè)計(jì)），組成一個(gè) SOC 后，去流片。不同的 SOC，架構(gòu)不同（就是 CPU 如何和 IP 聯(lián)系起來，有的以總線為核心，有的以 DDR 為核心）。

海思是擁有自主產(chǎn)權(quán)的 SOC 架構(gòu)。可是，無論任何廠商，再怎么折騰，都沒有怎么動(dòng)過 CPU，ARM 核心就好好的呆在那里，那就是中央處理器。

ARM 授權(quán)

如何來理解 ARM 授權(quán)呢？

就比如我們制造汽車，ARM 公司相當(dāng)于擁有最先進(jìn)的的'發(fā)動(dòng)機(jī)'設(shè)計(jì)方案，但是他不'生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)'，而是把設(shè)計(jì)方案授權(quán)給各大'汽車廠商'生產(chǎn)，賺來的錢繼續(xù)研發(fā)更先進(jìn)的‘發(fā)動(dòng)機(jī)’。

ARM 授權(quán)分為 ARM 架構(gòu)授權(quán)、IP 核授權(quán)、使用層級授權(quán)

一個(gè)公司若想使用 ARM 的內(nèi)核來做自己的處理器，比如 ST、蘋果、三星、TI、高通、華為等等，必須向 ARM 公司購買其架構(gòu)下的不同層級授權(quán)，根據(jù)使用需要購買相應(yīng)的層級授權(quán)。

架構(gòu)的授權(quán)方式有三種：架構(gòu)層級授權(quán)、內(nèi)核層級授權(quán)(ip 核授權(quán))、使用層級授權(quán)。

1. 架構(gòu)層級授權(quán)，是指可以對 ARM 架構(gòu)進(jìn)行大幅度改造，甚至可以對 ARM 指令集進(jìn)行擴(kuò)展或縮減，蘋果就是一個(gè)很好的例子，在使用 ARMv7-A 架構(gòu)基礎(chǔ)上，擴(kuò)展出了自己的蘋果 swift 架構(gòu)；

2. 內(nèi)核層級授權(quán)，是指可以以一個(gè)內(nèi)核為基礎(chǔ)然后在加上自己的外設(shè)，比如 USART、GPIO、SPI、ADC 等等，最后形成了自己的 MCU，這種公司很多，比如三星、TI;

3. 使用層級授權(quán)，要想使用一款處理器，得到使用層級的授權(quán)是最基本的，這就意味著你只能拿別人提供的定義好的 ip 來嵌入在你的設(shè)計(jì)中，不能更改人家的 ip，也不能借助人家的 ip 創(chuàng)造自己的基于該 ip 的封裝產(chǎn)品。

因此，如果華為分別拿到架構(gòu)授權(quán)和 ip 核授權(quán)，那么意味著它可以在 ARM 指令集基礎(chǔ)上根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建出自己的內(nèi)核架構(gòu)，并可添加各種片內(nèi)外設(shè)比如通信接口、顯示器控制接口、GPIO 等等，從而生產(chǎn)出自己的“處理器芯片”。

其實(shí)就像我寫了一篇文章，我告訴甲，你可以拿去修改后使用，便是架構(gòu)層級授權(quán)，我告訴乙，你可以在你的文章中引用我的文章，便是內(nèi)核級授權(quán)，我告訴丙，你只能對我的文章進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，不能更改，不能添油加醋，便是使用層級授權(quán)。

總結(jié)

下面我們總結(jié)下這些概念：

1. ARM 公司的名字，叫 ARM：Advanced RISC Machines；

2. ARM 前身 Acorn 公司設(shè)計(jì)的第一款微處理器，叫 ARM：Acorn RISC Machine；

3. ARM 處理器名字：以前叫 ARM9、ARM11, 新的命名規(guī)則改以 Cortex 命名，分別是 Cortex-A，Cortex-R，Cortex-M；這三個(gè)字母A、R、M合到一起又是 ARM。

4. ARM 指令集，就是 ARM 架構(gòu)，比如 ARMv8，每個(gè)處理器都需要依賴一定的 ARM 架構(gòu)來設(shè)計(jì)；

5. SOC：各大廠商買來 ARM 的授權(quán)，得到 ARM 處理器的源代碼，而后自己搞一些外圍設(shè)備的 IP（或者買或者自己設(shè)計(jì)），組成一個(gè) SOC，比如三星的 Exynos 4412，華為的麒麟 990。