ARM處理器是英國Acorn有限公司設(shè)計的低功耗成本的第一款RISC微處理器。全稱為Advanced RISC Machine。ARM處理器本身是32位設(shè)計，但也配備16位指令集，一般來講比等價32位代碼節(jié)省達35%，卻能保留32位系統(tǒng)的所有優(yōu)勢。

ARM內(nèi)核特點

ARM處理器為RISC芯片，其簡單的結(jié)構(gòu)使ARM內(nèi)核非常小，這使得器件的功耗也非常低。它具有經(jīng)典RISC的特點：

* 大的、統(tǒng)一的寄存器文件；

* 簡單的尋址模式；

* 統(tǒng)一和固定長度的指令域，3地址指令格式，簡化了指令的譯碼。編譯開銷大，盡可能優(yōu)化，采用三地址指令格式、較多寄存器和對稱的指令格式便于生成優(yōu)化代碼；

* 單周期操作，ARM指令系統(tǒng)中的指令只需要執(zhí)行簡單的和基本的操作，因此其執(zhí)行過程在一個機器周期內(nèi)完成；

* 固定的32位長度指令，指令格式固定為32位長度，這樣使指令譯碼結(jié)構(gòu)簡單，效率提高；

* 采用指令流水線技術(shù)。

ARM內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)

ARM架構(gòu)自誕生至今，已經(jīng)發(fā)生了很大的演變，至今已定義了7種不同的版本：

V1版架構(gòu)：該架構(gòu)只在原型機ARM1出現(xiàn)過，其基本性能包括基本的數(shù)據(jù)處理指令（無乘法）、字節(jié)、半字和字的Load/Store指令、轉(zhuǎn)移指令，包括子程序調(diào)用及鏈接指令、軟件中斷指令、尋址空間64MB。

V2版架構(gòu)：該版架構(gòu)對V1版進行了擴展，如ARM2與ARM3（V2a版）架構(gòu)，增加的功能包括乘法和乘加指令、支持協(xié)處理器操作指令、快速中斷模式、SWP/SWPB的最基本存儲器與寄存器交換指令、尋址空間64MB。

V3版架構(gòu)：該版對ARM體系結(jié)構(gòu)作了較大的改動，把尋址空間增至32位（4GB），增加了當前程序狀態(tài)寄存器CPSR和程序狀態(tài)保存寄存器 SPSR以便于異常處理。增加了中止和未定義2種處理器模式。ARM6就采用該版結(jié)構(gòu)。指令集變化包括增加了MRS/MSR指令，以訪問新增的CPSR /SPSR寄存器、增加了從異常處理返回的指令功能。

V4版架構(gòu)：V4版結(jié)構(gòu)是目前最廣泛應(yīng)用的ARM體系結(jié)構(gòu)，對V3版架構(gòu)進行了進一步擴充，有的還引進了16位的Thumb指令集，使ARM使用更加靈活。ARM7、ARM9和StrongARM都采用了該版結(jié)構(gòu)。其指令集中增加的功能包括符號化和非符號化半字及符號化字節(jié)的存/取指令、增加了16 位Thumb指令集、完善了軟件中斷SWI指令的功能、處理器系統(tǒng)模式引進特權(quán)方式時使用用戶寄存器操作、把一些未使用的指令空間捕捉為未定義指令。

V5版架構(gòu)：在V4版基礎(chǔ)上增加了一些新的指令。ARM10和XScale都采用該版架構(gòu)。這些新增指令有帶有鏈接和交換的轉(zhuǎn)移BLX指令、計數(shù)前導零計數(shù)CLZ指令、BRK中斷指令、增加了信號處理指令（V5TE版）、為協(xié)處理器增加更多可選擇的指令。

V6版架構(gòu)：ARM體系架構(gòu)V6是2001年發(fā)布的。基本特點包括100%與以前的體系兼容、SIMD媒體擴展，使媒體處理速度快1.75倍、改進了的內(nèi)存管理，使系統(tǒng)性能提高30%、改進了的混合端（Endian）與不對齊數(shù)據(jù)支持，使得小端系統(tǒng)支持大端數(shù)據(jù)（如TCP/IP），許多RTOS是小端的、為實時系統(tǒng)改進了中斷響應(yīng)時間，將最壞情況下的35周期改進到了11個周期。

V7版架構(gòu)：ARM體系架構(gòu)V7是2005年發(fā)布的。它使用了能夠帶來更高性能、功耗效率和代碼密度的Thumb-2技術(shù)。它首次采用了強大的信號處理擴展集，對H.264和MP3等媒體編解碼提供加速。Cortex-M3處理器采用的就是V7版的結(jié)構(gòu)。

ARM處理器核使用的體系結(jié)構(gòu)如下表所示。

ARM核心采用的體系結(jié)構(gòu)

ARM 內(nèi)核分類

ARM 微處理器目前包括下面幾個系列，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

－ ARM9 系列

－ ARM9E 系列

－ ARM10E 系列

－ ARM11系列

－ Cortex 系列

－ SecurCore 系列

－ OptimoDE Data Engines

－ Intel的Xscale

－ Intel的StrongARM ARM11系列

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。SecurCore 系列專門為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計。

Axxia 4500通信處理器基于采用28納米工藝的ARM 4核Cortex-A15處理器，并搭載ARM全新CoreLink CCN-504高速緩存一致性互連技術(shù)，實現(xiàn)安全低功耗和最佳性能。

ARM公司在經(jīng)典處理器ARM11以后的產(chǎn)品改用Cortex命名，并分成A、R和M三類，旨在為各種不同的市場提供服務(wù)。

Cortex-A57、A53處理器

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)，意義重大，這也是ARM最近剛剛發(fā)布的兩款產(chǎn)品。

Cortex-A57是ARM最先進、性能最高的應(yīng)用處理器，號稱可在同樣的功耗水平下達到當今頂級智能手機性能的三倍；而Cortex-A53是世界上 能效最高、面積最小的64位處理器，同等性能下能效是當今高端智能手機的三倍。這兩款處理器還可整合為ARM big.LITTLE（大小核心伴侶）處理器架構(gòu)，根據(jù)運算需求在兩者間進行切換，以結(jié)合高性能與高功耗效率的特點，兩個處理器是獨立運作的。

Cortex-A15處理器架構(gòu)解析

ARM Cortex-A15處理器隸屬于Cortex-A系列，基于ARMv7-A架構(gòu)，是業(yè)界迄今為止性能最高且可授予許可的處理器。

Cortex-A15 MPCore處理器具有無序超標量管道，帶有緊密耦合的低延遲2級高速緩存，該高速緩存的大小最高可達4MB。浮點和NEON媒體性能方面的其他改進使設(shè) 備能夠為消費者提供下一代用戶體驗，并為 Web 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)應(yīng)用提供高性能計算。Cortex-A15處理器可以應(yīng)用在智能手機、平板電腦、移動計算、高端數(shù)字家電、服務(wù)器和無線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等設(shè)備上。

理論上，Cortex-A15 MPCore處理器的移動配置所能提供的性能是當前的高級智能手機性能的五倍還多。在高級基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，Cortex-A15 的運行速度最高可達2.5GHz，這將支持在不斷降低功耗、散熱和成本預(yù)算方面實現(xiàn)高度可伸縮的解決方案。

應(yīng)用案例：三星Exynos 5250。三星Exynos 5250芯片是首款A(yù)15芯片，應(yīng)用在了最近發(fā)布的Chromebook和Nexus 10平板電腦上面。Exynos 5250的頻率是1.7GHz，采用32納米的HKMG工藝，配備了Mali-604 GPU，性能強大。另外據(jù)傳三星下一代Galaxy S4將會搭載四核版的Exynos 5450芯片組，同樣應(yīng)用Cortex-A15內(nèi)核。另外NVIDIA Tegra 4會采用A15內(nèi)核。