1. ARM 介绍

之前称作艾康精简指令集机器，Acorn RISC Machine。现在的含义是 Advanced RISC Machine，高级 RISC 机器；

ARM 是 RISC（精简指令集计算机） 的一种。

指令集分为精简指令集与复杂指令集，对应两种计算机：

• RISC
• CISC

1.0 常见术语

• PE Processing Element：状态机 ，单核单线程的处理器是一个 PE；多核，每个核单线程的处理器，每个核是一个 PE；多核，每个核多线程的处理器，每个线程是一个 PE
• IMPLEMENTATION DEFINED：实现已经被定义，简称 IMP DEF。被描述为 IMP DEF 的特性或功能，其任何实现必须提供完全一致的行为或完全相同值。
• UNPREDICTABLE and CONSTRAINED UNPREDICTABLE： 不可预测和约束不可预测 ，用来描述软件不应该做的事。当某个事件是 不可预测和约束不可预测 时，软件不能依赖处理器的行为。如果软件多次执行不良操作，处理器可能会展现出不同的行为。
• DEPRECATED：不赞成。有时某个特性、功能会因为性能问题、不经常使用或者没有必要而删除，再删除之前，该特性或功能会被标记为 DEPRECATED，同时在该架构中添加一个控制开关，来允许关闭该特性或功能，也方便了使用该特性或功能的遗留代码进行测试。
• RES0/RES1
  • Reserved, should be Zero：保留字段，初始化时应为 0
  • Reserved, should be One：保留字段，初始化时应为 1

1.1 ARM 与 APPLE

ARM 的前身为艾康电脑，1978年于英国剑桥创立。在1980年代晚期，苹果电脑开始与艾康电脑合作开发新版的ARM核心。1985年，艾康电脑研发出采用精简指令集的新处理器，名为ARM（Acorn RISC Machine），又称ARM 1。因为艾康电脑的财务出现状况，1990年11月27日，获得Apple与VLSI科技的资助，分割出ARM，成为独立子公司。—— 维基百科

ARM 架构所属的公司是安谋科技。2016年7月18日，日本软银集团收购了安谋科技。ARM 盈利模式为出售 ARM IP（Intellectual Property，知识产权）授权。

1.2 ARM 核类型

• A(Applications)：高性能，可以运行复杂系统，例如 Linux、Windows
• R(Real-time)：面向实时应用场景，通常用在网络设备、嵌入式设备中
• M(Microcontroller)：高功耗效率比，用在 IoT，即物联设备中

1.3 ARM 架构版本号

ARMv8-A：具体信息在 v8-A

• v8，表示 verison 8，版本号是 8
• A，表示核的类型是 A 型，即 Application

A 核最新版本是 ARMv9-A，ARMv9-A 基于 ARMv8-A，新增了一些特性：

• 可扩展向量扩展，版本2，SVE2（Scalable Vector Extension2）
• 事务内存扩展，TME（Transactional Memory Extension）
• 分支记录缓存扩展，BRBE（Branch Record Buffer Extension）
• 嵌入式跟踪扩展，ETE（Embeded Trace Extension）
• 追踪缓存扩展，TRBE（Trace Buffer Extension）

1.4 Architecture 与 Micro-Architecture，架构与微架构

架构不会讲处理器是如何构建的，以及内部如何运行。

1.5 Architecture 包括什么

• 指令集
• 寄存器集
• 异常模型
• 内存模型
• Debug、Trace跟踪、Profiling分析

1.6 Micro-Architecture 包括什么

• 流水线长度以及布局
• Cache 分级、数量、大小
• 单个指令有多少个指令周期（Cycle Count，这里说指令周期可能不准确，有待查证）
• 实现了哪些可选的特性
• …

1.7 不止是架构和微架构规范

Arm 对构成现代系统级芯片 (SoC) 的许多组件都有类似的规范。

• Generic Interrupt Controller（GIC）：标准的通用中断控制器的规范，在 Armv7-A/R、Armv8-A/R 中有使用。
• System Memory Management Unit（SMMU\IOMMU）：提供给非处理器 master 译址服务
• Generic Timer：通用计时器 Generic Timer 是 ARM 架构的一部分，system counter 是一个系统组件。Generic Timer 提供给所有处理器一个 system count reference（参考、引用），Generic Timer 提供的功能通常用在诸如 OS scheduler tick 之类的地方。
• Server Base System Architecture and Trusted Base System Architecture：SBSA、TBSA 为 SoC 开发者提供设计指导。
• Advanced Microcontroller Bus Architecture：总线协议系列的高级微控制器总线体系结构 (AMBA) 控制基于Arm的系统中的组件的连接方式以及这些连接上的协议。

1.8 阅读 ARM 文档

• Arm Architecture Reference Manual：描述了架构规范
• Arm Cortex processor has a Technical Reference Manual (TRM)：每个 Cortex 处理器都有一个 TRM 文档。TRM 描述了特定 Cortex 处理器的特性。通常，TRM不会重复ARM架构参考手册中给出的任何信息。
• Arm Cortex processor also has a Configuration and Integration Manual (CIM)：每个 Cortex 处理器也有一个 CIM 文档。CIM描述了如何将处理器集成到系统中。通常，该信息仅与SoC设计者相关。

以 Cortex-A75 为例，相关文档如下：图片引用自 ARM 官方文档 [Introducing the Arm architecture]。

reference manuals 和 user guides 的区别：前者提供概念、技术细节，后者提供使用方法。