嵌入式處理器的體系架構與內核詳解

當我們談及嵌入式處理器的體系架構時，一般都是想到Intel的X86架構和ARM公司的ARM架構。X86架構和ARM架構最大的不同點就是使用的指令集不同，前者使用的CISC指令集，后者使用的是RISC指令集，還有一點就是X86架構使用的是馮諾依曼結構，ARM架構既使用馮諾依曼結構，也使用哈佛結構（已經成了一種趨勢）。何為架構？這兩個字看起來很簡單，不就是“骨架+結構”，但是個人覺得并不好理解。百度上把架構分為邏輯架構，物理架構和系統架構。對于處理器，當起發展到一定程度時，這種物理架構不會有很大的變化。以CPU為例，它主要由邏輯部件+寄存器部件+控制部件組成，這種結構在發展穩定之后，就不會有大多的改變。那么人們常說的架構版本更新主要體現在哪里呢？指令集。當然還有如存儲器管理特性改進等因素，以ARM處理器架構為例，如圖1為其進化史。

可以看到其架構一路從V4→V7版本，其中V7版本分三路發展，A系列,R系列，M系列。再看圖2看其處理器指令的演進史：

可以發現，在V4T版本時增加了Thumb指令集，剛好可以對應處理器的Thumb狀態，到了V5E版本，加入了增強型的DSP指令，V6版本可謂是ARM指令演進史上的一件大事，有了Thumb-2的問世。其實之前的16位Thumb指令集就32位ARM指令集的一個功能子集，到了Thumb-2，以其強大，輕佻和高效，16位指令首次與32位指令并存，再也不需要因為處理器模式的變換而造成指令集變換。從ARM-Cortex-M3將全身的處理能力托付給Thumb-2指令集就可以看出，Thunmb-2指令集的強大。
處理器架構與處理器內核有什么區別？“處理器內核”中的處理器應該是MCU?！疤幚砥骷軜嫛敝械奶幚砥骺梢允歉鼜V義的 Processing Unit。而當我們談及內核時首先應該是針對某一系列的MCU。拿STM32系列MCU來說，它們是基于ARM-Cortex-M3為內核的。而內核主要談其流水線和結構。如ARM7內核是0.9MIPS/MHZ的三級流水線和馮諾依曼結構，ARM9是1.1MIPS/MHZ的5級流水線哈佛結構。通過圖3可以更直觀的發現內核與MCU的關系。

ARM內核和架構都是什么意思，它們到底是什么關系？
ARM產品越來越豐富，命名也越來越多。很多朋友提問: ARM內核和架構都是什么意思?內核和架構的關系是什么?比如ARMv7架構，這個架構指的是什么?小編選出了幾個精彩回答!希望對嵌友們在選擇設計電路時有所幫助。
1.ARM內核：從ARM7、ARM9到Cortex-A7、A8、A9、A12、A15再到Cortex-A53、A57等，總之不同版本 ARM 有不同的想法。比如為高速度設計的Cortex A8、A9都是ARMv7a 架構;Cortex M3、M4是ARMv7m架構;前者是內核，后者是指令集的架構。

2.ARM的架構都是基于RISC指令集而架構的，而其內核只是實現這一指令集的硬件架構的基礎，Thumb-2指令集架構(ISA)的子集，包含所有基本的16位 和32位Thumb-2指令、 、哈佛處理器架構，在加載/存儲數據的同時能夠執行指令取指，帶分支預測的三級流水線等。

3.好比你蓋房子，剛開始因為水平低流行蓋平房，這就是一種架構(V5T)，然后這種平房架構你可以設計出一款獨立衛生間的款式， 這叫ARM7內核。 然后其他人(芯片設計公司)想蓋房子的就買你這個圖紙去蓋，接著過一段時間，有人覺得光獨立衛生間還不夠啊， 我還想有個小院子! 好吧，那ARM就滿足你們的要求，出個帶小院子的款式(ARM9)。
又過了很久， 這種平房的架構就隨著大伙的需求一直改啊改啊，后來經過ARM研究發現： 現在大伙蓋房子的能力duang duang直升啊(包括工藝、設計能力、時鐘主頻)，只蓋這種平房施展不開啊! 好吧，ARM為了不讓這幫設計的人閑著，就推出一種二三層樓房的樣式， 這因為跟平房設計結構完全不一樣嘛， 那就叫一種新的架構(ARMv6)，同樣這種樓房樣式ARM也為大家準備了帶游泳池的和帶車庫的款式(ARM11)，好吧繼續改啊改啊， 改到后來大家已經開始有能力蓋十層以上的大樓了。 ARM一如既往地出了新的款式(ARMv7架構)， 這時ARM覺得以前名字都太土鱉了， 什么ARM5、 ARM6、 ARM7—又難聽又難記， 我要取個看起來牛逼的名字， 咱至少也算個能設計摩天大樓的主兒了， 于是后面的內核都叫Cortex。
改名只是一部分， 隨著這個架構出來后， ARM發現以前用咱們圖紙蓋出的樓也就做個民宅， 民宅圖個啥? 實惠嘛(功耗低)。 現在不一樣了，現在咱的圖紙蓋得樓不僅可以做民宅，還可以做軍事基地、 還可以做高檔寫字樓， 以前這些高級功能的樓房可是只有小英(英特爾)才能設計出來的啊!為了滿足這些不同的需求， ARM把這個架構設計出來的款式分成3個系列(M系列、R系列、A系列)。M系列是為民宅設計的， 因為老百姓圖實惠嘛， 這種設計就設計個十層左右(功耗低); R系列是為軍事基地設計的， 這種樓設計的也不高— 十層左右吧， 但是關鍵是要對特殊情況要有快速反應的能力(中斷快); 最后A系列是給商業大佬用的， 那當然是要高端大氣上檔次， 就是要性能高，各種LED燈燈光秀啊都給我上。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的嵌入式处理器的体系架构与内核详解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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