總結(jié)一顆ARM架構(gòu)芯片軟硬件組成  來源:http://www.zntknyzt.cn/

ARM是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件，適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費/教育類多媒體、DSP和移動式應(yīng)用等。

　　2016年7月27日，公司發(fā)財報顯示，第二季度稅前利潤為1.301億英鎊（約合1.71億美元），同比增長5%。在2016年9月，ARM以240億英鎊的價格被軟銀收購。

　　盡管被收購，但我們不容錯過ARM芯片系列！硬件和軟件是一顆ARM架構(gòu)芯片互相依存的兩大部分，本文總結(jié)了一顆芯片的軟硬件組成，以作為對芯片的入門級概括吧！

　　硬件方面

　　主控CPU：運算和控制核心?；鶐酒緲?gòu)架采用微處理器+數(shù)字信號處理器（DSP）的結(jié)構(gòu)，微處理器是整顆芯片的控制中心，會運行一個實時嵌入式操作系統(tǒng)（如Nucleus PLUS），DSP子系統(tǒng)負責基帶處理。應(yīng)用處理器則可能包括多顆微處理器，還有GPU。微處理器是ARM的不同系列的產(chǎn)品（也可以是x86架構(gòu)），可以是64位或者32位。處理器內(nèi)部通過“內(nèi)部總線”將CPU所有單元相連，其位寬可以是8-64位。

　　總線：計算機的總線按功能可以劃分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，分別用來傳輸數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)地址和控制信號。CPU內(nèi)部部件由內(nèi)部總線互聯(lián)，外部總線則是CPU、內(nèi)存、輸入、輸出設(shè)備傳遞信息的公用通道，主機的各個部件通過總線相連接。外部設(shè)備通過相應(yīng)的接口電路再與外部總線相連接，從而形成了硬件系統(tǒng)。外部總線通過總線接口單元BLU與CPU內(nèi)部相連。

　　片上總線標準高級微控制器總線結(jié)構(gòu)AMBA定義了高性能嵌入式微控制器的通信標準。定義了三組總線：AHB（AMBA高性能總線）、ASB（AMBA系統(tǒng)總線）、和APB（AMBA外設(shè)總線）。

　　AHB總線用于高性能、高時鐘工作頻率模塊。AHB為高性能處理器、片上內(nèi)存、片外內(nèi)存提供接口，同時橋接慢速外設(shè)。DMA、DSP、主存等連在AHB上。ASB總線主要用于高性能系統(tǒng)模塊。

　　ASB是可用于AHB不需要的高性能特性的芯片設(shè)計上可選的系統(tǒng)總線。APB總線用于為慢速外設(shè)提供總線技術(shù)支持。

　　APB是一種優(yōu)化的，低功耗的，精簡接口總線，可以支持多種不同慢速外設(shè)。由于APB是ARM公司最早提出的總線接口，APB可以橋接ARM體系下每一種系統(tǒng)總線。

　　外設(shè)I/O端口和擴展總線：GPIO通用端口、UART串口、I2C、SPI 、SDIO、USB等，CPU和外擴的芯片、設(shè)備以及兩顆CPU之間（如基帶處理器和應(yīng)用處理器之間）進行通信的接口。一般來說，芯片都會支持多種接口，并設(shè)計通用的軟件驅(qū)動平臺驅(qū)動。

　　存儲部件和存儲管理設(shè)備：Rom、Ram、Flash及控制器。處理器系統(tǒng)中可能包含多種類型的存儲部件，如Flash、SRAM、SDRAM、ROM以及用于提高系統(tǒng)性能的Cache等等，不同的芯片會采用不同的存儲控制組合。參見博文”arm架構(gòu)的芯片memory及智能機存儲部件簡述“

　　外設(shè)： 電源和功耗管理、復(fù)位電路和watchdog定時復(fù)位電路（前者是系統(tǒng)上電運行、后者是Reset或者超時出錯運行）、時鐘和計數(shù)器、中斷控制器、DMA、 輸入/輸出（如鍵盤、顯示器等）、攝像頭等。

　　一顆ARM9架構(gòu)芯片主控器及外圍硬件設(shè)備組成如下圖所示：

　　軟件方面

　　芯片上的軟件主要包括Boot代碼、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序以及硬件的firmware。

　　Boot程序引導(dǎo)設(shè)備的啟動，是設(shè)備加電后在操作系統(tǒng)內(nèi)核運行之前運行的一段小程序。通過這段小程序，我們可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準備好正確的環(huán)境。

　　操作系統(tǒng)（英語：OperaTIng System，簡稱OS）是管理和控制計算機硬件與軟件資源的計算機程序，其五大管理功能是：

　　1處理器管理，主要包括進程的控制、同步、通信和調(diào)度。

　　2存儲器管理，主要包括內(nèi)存的分配、保護和擴充，地址映射。

　　3設(shè)備管理，主要包括設(shè)備的分配、處理等。

　　4文件管理，主要包括文件的存儲空間管理，目錄管理，文件的讀寫和保護。

　　5作業(yè)管理，主要包括任務(wù)、界面管理，人機交互，語音控制和虛擬現(xiàn)實等。

　　應(yīng)用處理器上的操作系統(tǒng)有Android、IOS等，不必多說;基帶處理器上則會運行一個RTOS（如Nucleus PLUS）管理整個基帶系統(tǒng)上的任務(wù)和部件間的通信。

　　應(yīng)用程序是為了完成某項或某幾項特定任務(wù)而被開發(fā)運行于操作系統(tǒng)之上的程序。應(yīng)用處理器上，結(jié)合操作系統(tǒng)API和庫函數(shù)，用戶可以開發(fā)各色應(yīng)用程序;基帶處理器上則一般只有少量必要的軟件支持。

　　硬件firmware則是簡化軟件與硬件的交互，讓硬件操縱起來更容易。

　　再來看看ARM處理器系列

　　ARM微處理器包括下面幾個系列，以及其它廠商基于 ARM 體系結(jié)構(gòu)的處理器，除了具有ARM 體系結(jié)構(gòu)的共同特點以外，每一個系列的 ARM 微處理器都有各自的特點和應(yīng)用領(lǐng)域。

　　ARM7系列

　　ARM7 系列微處理器為低功耗的 32 位 RISC 處理器，最適合用于對價位和功耗要求較高的消費類應(yīng)用。

　　ARM9系列

　　ARM9 系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。

　　ARM9E系列

　　ARM9E 系列微處理器為可綜合處理器，使用單一的處理器內(nèi)核提供了微控制器、 DSP 、 Java應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案，極大的減少了芯片的面積和系統(tǒng)的復(fù)雜程度。 ARM9E 系列微處理器提供了增強的 DSP 處理能力，很適合于那些需要同時使用 DSP 和微控制器的應(yīng)用場合。

　　ARM10E系列

　　ARM10E 系列微處理器具有高性能、低功耗的特點，由于采用了新的體系結(jié)構(gòu)，與同等的 ARM9器件相比較，在同樣的時鐘頻率下，性能提高了近 50 %，同時， ARM10E 系列微處理器采用了兩種先進的節(jié)能方式，使其功耗極低。

　　SecurCore系列

　　SecurCore 系列微處理器專為安全需要而設(shè)計，提供了完善的 32 位 RISC 技術(shù)的安全解決方案，因此， SecurCore 系列微處理器除了具有 ARM 體系結(jié)構(gòu)的低功耗、高性能的特點外，還具有其獨特的優(yōu)勢，即提供了對安全解決方案的支持。

　　Intel 的Xscale、StrongARM

　　Intel StrongARM SA-1100 處理器是采用 ARM 體系結(jié)構(gòu)高度集成的 32 位 RISC 微處理器。它融合了 Intel 公司的設(shè)計和處理技術(shù)以及 ARM 體系結(jié)構(gòu)的電源效率，采用在軟件上兼容 ARMv4 體系結(jié)構(gòu)、同時采用具有 Intel 技術(shù)優(yōu)點的體系結(jié)構(gòu)。

　　其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10為4個通用處理器系列，每一個系列提供一套相對獨特的性能來滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求， 而SecurCore 系列專門為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計。