电子说
前言
一、架构概述
1.1 冯诺依曼架构
1.2 哈佛架构
1.3 Arm 架构
二、架构图谱
2.1 三驾马车
2.2 六代传承
2.3 最新成员
2.3.1 大师兄 Cortex-A710
2.3.2 二师弟 Cortex-R82
2.3.3 小师妹 Cortex-M85
2.4 架构宗亲
2.4.1 图形处理器单元 GPU
2.4.2 神经网络处理器单元 NPU
三、架构魔法
3.1 派系
3.1.1 Cortex-A 魔法
3.1.2 Cortex-R 魔法
3.1.3 Cortex-M 魔法
3.2 魔法发展史
3.3 微魔法
四、架构演练
4.1 大集结
4.2 排兵布阵
4.3 运筹帷幄,决胜千里之外
4.3.1 上传下达-控制台输出
4.3.2 烽火通信-LED 跑马灯
4.3.3 密令签发-加密
4.3.4 粮草先行-启动代码
4.3.5 整装待发-链接脚本
五、总结
参考
术语
二、架构图谱
2.1 三驾马车
Arm 架构根据应用场景不同分为 Cortex-A、Cortex-M、Cortex-R 三个架构家族;
Arm A-Profile 架构主要包括用于移动、 PC 端的 Cortex-A 系列处理器、用于云计算和机器学习的高性能 Neoverse 处理器以及和客户合作开发的高效能 Cortex-X 系列处理器,后面两个系列可能形成独立系列;
Arm M-Profile 架构主要包括 Armv6 的 M0,Armv7 的 Cortex-M3、 Cortex-M4 ,Armv8 的 Cortex-M23、 Cortex-M33 、 Cortex-M35 、Cortex-M55 、Cortex-M85,用于通用 MCU 、IoT 物联网领域;
Arm R-Profile 架构主要包括 Armv7 的Cortex- R4、 Cortex-R5、 Cortex-R7、 Cortex-R8,Armv8 的 Cortex-R52 、Cortex-R82,用于实时控制领域。
每个架构家族演进既有独立性又有关联性。目前 A 系列已经演化到 Armv9 版本、M 系列演化到 Armv8 版本、R系列演化到 Armv8 版本,下面是每个家族代表性处理器的架构。
2.2 六代传承
Arm 架构从 Armv4 到 Armv9 已经经历了六个版本;
目前市面活跃的是 Armv7、Armv8、Armv9 三个版本;
各个版本引进/废弃了不同的功能特性,比如 Armv6 的 Trustzone、 Armv7 的虚拟化,Armv8 的向量扩展 SVE、Armv9 的矩阵扩展 SME 等。
2.3 最新成员
2.3.1 大师兄 Cortex-A710
Cortex-A710 是 Cortex-A78 的增强版,Armv9-A 架构的大核架构,使用起来和上一代基本相同,新的微架构能获得更好的性能和更低的功耗;增强版的向量计算扩展架构 SVE2 支持;高级 SIMD&DSP 的 NEON 架构支持;兼容 VFPv3 向量浮点的 FPU 浮点架构。
2.3.2 二师弟 Cortex-R82
Cortex-R82 是 R 系列最新的处理器,采用 Armv8 架构,包含 CoreSgiht MDT、GIC、FPU、TCM、SCU、ACP、AXI-S、AXI-M、LLPP、LLRAM 等微架构。
2.3.3 小师妹 Cortex-M85
M85 是 Armv8.1-M 架构,包括 MPU、Helium、PMU、CP、FPU、TCM、AHB、DSP、ETM、PACBTI、APH 等微架构。
2.4 架构宗亲
本文讲述的 Arm 架构指的是通用处理器架构,并不包含专业处理器。除了通用处理器,Arm 还有图形处理器和神经网络处理器。
2.4.1 图形处理器单元 GPU
GPU 架构分为传统的 Mali 架构和最新的 Immortalis 架构两个分支:
Mali目前一共四代,分别是 Utgard,Midgard,Bifrost 和 Valhall
Immortalis 是新推出的架构,以Immortalis-G715 为代表
2.4.2 神经网络处理器单元 NPU
Ethos - NPUs 是Arm推出的基于神经网络的机器学习芯片架构,包括 U55、U65、 N78,
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