到底什么是Cortex、ARMv8、arm架构、ARM指令集、soc？⼀
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⽂帮你梳理基础概念【科普】
前⾔
有粉丝问我到底什么是ARM，搞不清楚Cortex、arm内核、arm架构、ARM指令集、soc这些概念都是什么关系，下⾯⼀⼝君给⼤家整理⼀下关于ARM相关的⼀些概念。
1、ARM既可以认为是⼀个公司的名字，也可以认为是对⼀类微处理器的通称，还可以认为是⼀种技术的名字。
2、ARM公司是专门从事基于RISC技术芯⽚设计开发的公司，作为知识产权供应商，本⾝不直接从事芯⽚⽣产，⽽是转让设计许可，由合作公司⽣产各具特⾊的芯⽚。
3、ARM处理器的内核是统⼀的，由ARM公司提供，⽽⽚内部件则是多样的，由各⼤半导体公司设计，这使得ARM设计嵌⼊式系统的时候，可以基于同样的核⼼，使⽤不同的⽚内外设，从⽽具有很⼤的优势。
下⾯我们针对这些概念，给⼤家逐⼀介绍。
ARM公司
ARM⾸先是⼀个公司，即Advanced RISC Machines的缩写。
但是他本来并不叫这个名字，来看看ARM公司的成长历史。
1978年，⼀个名叫Hermann Haur的奥地利籍物理学博⼠，还有他的朋友，⼀个名叫Chris Curry的英国⼯程师成⽴了⼀家名字叫“CPU”的公司。这家CPU公司的全称，是Cambridge Processor Unit，字⾯意思是“剑桥处理器单元”。
CPU公司成⽴之后，主要从事电⼦设备设计和制造的业务。他们接到的第⼀份订单，是制造赌博机的微控制器系统。
这个微控制器系统被开发出来后，称之为Acorn System 1。
之所以叫Acorn，就是因为他们想在电话黄页⾥排在Apple（苹果）公司的前⾯。
在Acorn System 1之后，他们⼜陆续开发了System 2、3、4，还有⾯向消费者的盒式计算机——Acorn Atom。
到了1981年，公司迎来了⼀个难得的机遇——英国⼴播公司BBC打算在整个英国播放⼀套提⾼电脑普及⽔平的节⽬，他们希望Acorn能⽣产⼀款与之配套的电脑。
但是他们就发现，⾃⼰产品的硬件设计并不能满⾜需求。当时，中央处理器的发展潮流，正在从8位变成16位。Acorn并没有合适的芯⽚可以⽤。
于是，他们打算去找当时如⽇中天的英特尔（Intel），希望对⽅提供⼀些80286处理器的设计资料和样品。然⽽，英特尔⽆情地拒绝了他们。
备受打击的Acorn公司，⼀⽓之下决定⾃⼰⼲，⾃⼰造芯⽚。（多么熟悉的桥段！）
于是Acorn公司的研发⼈员从美国加州⼤学伯克利分校找到了⼀个关于新型处理器的研究——简化指令集，恰好可以满⾜他们的设计要求。
在此基础上，经过多年的艰苦奋⽃，来⾃剑桥⼤学的计算机科学家Sophie Wilson和Steve Furber最终完成了微处理器的设计。前者负责指令集开发，后者负责芯⽚设计。
对于这块芯⽚，Acorn给它命名为Acorn RISC Machine。
这就是“ARM”三个字母的由来。
在ARM1之后，Acorn陆续推出了好⼏个系列，例如ARM2，ARM3。
1990年，Acorn为了和苹果合作，专门成⽴了⼀家公司，名叫ARM。
注意，这⾥的ARM是公司名称，不是芯⽚名称。这个ARM的完全拼写也不⼀样，是Advanced RISC Machines。
前⾯的芯⽚名称：Acorn RISC Machine
现在的公司名称：Advanced RISC Machines查字典的方法
20世纪90年代，ARM 32位RISC(Reduced lnstruction Set Computer)处理器扩展到国际范围，占有了低功耗、低成本和⾼功能的嵌⼊式体系运⽤领域的领先地位。
ARM公司既不出产芯⽚也不出售芯⽚，它只出售芯⽚技能授权。
正式这个政策的制定，让ARM公司摆脱了现⾦流的困扰，可以全⾝⼼都⼊到芯⽚研发上。
1998年4⽉17⽇，业务飞速发展的ARM控股公司，同时在伦敦证交所和纳斯达克上市。
2007年，划时代产品-iPhone 问世。
⽽第⼀代iPhone，正是使⽤了ARM设计、三星制造的芯⽚。
2008年，⾕歌推出了Android（安卓）系统，也是基于ARM指令集。
⾄此，智能⼿机进⼊了飞速发展阶段，ARM也因此奠定了在智能⼿机市场的霸主地位。
2016年7⽉18⽇消息，⽇本软银以234亿英镑（约合310亿美元）的价格收购英国芯⽚设计公司ARM。
2020年9⽉14⽇，英伟达正式宣布将以400亿美元的价格从软银⼿中收购ARM公司。根据协议，英伟达将向软银公司⽀付价值215亿美元的英伟达股票，以及120亿美元现⾦。
⽬前这桩收购案遭到了包括英特尔、⾼通、特斯拉等多家硅⾕科技巨头的反对，他们认为这笔交易对⾏业不利，此外中国和欧盟的监管机构也可能会反对该收购案。
静观其变吧！
ARM内核与架构
任何⼀款ARM芯⽚都由两⼤部分组成：ARM内核，外设。
ARM内核
ARM内核：
包括了寄存器组、指令集、总线、存储器映射规则、中断逻辑和调试组件等。
内核是由ARM公司设计并以销售⽅式授权给个芯⽚⼚商使⽤的（ARM公司本⾝不做芯⽚）。
⽐如为⾼速度设计的Cortex A8、A9都是ARMv7a 架构;Cortex M3、M4是ARMv7m架构；前者是处理器（就是内核），后者是指令集的架构（也简称架构）。
外设部分
包括计时器、A/D转换器、存储器、i2c、UART、SPI、等等，则完全由各芯⽚⼚商⾃⼰设计并与ARM内核衔接配套。不同的芯⽚⼚商就有不同的外设，因此构成了数量和规格庞⼤的ARM芯⽚产业。
ARM指令集架构
指令集的设计是处理器结构中最重要的⼀个部分，⽤ARM的术语称之为ISA（Instruction Set Architecture）。
指令集可以说是cpu设计的灵魂，是打开CPU这个潘多拉魔盒的咒语，要想使⽤cpu，我们只能通过这些指令来操作cpu。
对于32位的cpu，这些指令就是⼀个个32位的01的序列，不同的值就代表了不同的机器指令，cpu的硬件能完美的解析并执⾏这些指令，⽐如寻址、运算、异常处理等等。
当我们⽤⼿机玩着王者荣耀的时候，要知道我们的每发的⼀招，其实最终都是被翻译成了⼀系列机器指令。
从1985年ARMv1架构诞⽣起，到2011年，ARM架构已经发展到了第⼋代ARMv8。
Cortex-A32/35/53/57/72/73/77/78采⽤的都是ARMv8架构，这是ARM公司的⾸款⽀持64位指令集的处理器架构。
ARM11之前的处理器和指令集架构
ARM11芯⽚之前，每⼀个芯⽚对应的架构关系如下：
ARM11之后处理器和指令集架构
ARM11芯⽚之后，也就是从ARMv7架构开始，ARM的命名⽅式有所改变。
春季过敏新的处理器家族，改以Cortex命名，并分为三个系列，分别是Cortex-A，Cortex-R，Cortex-M。
很巧合，⼜是这三个字母A、R、M。
Cortex-A系列（A：Application）
针对⽇益增长的消费娱乐和⽆线产品设计，⽤于具有⾼计算要求、运⾏丰富操作系统及提供交互媒体和图形体验的应⽤领域，如智能⼿机、平板电脑、汽车娱乐系统、数字电视，智能本、电⼦阅读器、家⽤⽹络、家⽤⽹关和其他各种产品。。
Cortex-R系列（R：Real-time）
针对需要运⾏实时操作的系统应⽤，⾯向如汽车制动系统、动⼒传动解决⽅案、⼤容量存储控制器等深层嵌⼊式实时应⽤。
Cortex-M系列（M：Microcontroller）
该系列⾯向微控制器领域，主要针对成本和功耗敏感的应⽤，如智能测量、⼈机接⼝设备、汽车和⼯业控制系统、家⽤电器、消费性产品和医疗器械等。
陕西特色菜Cortex-SC系列（SC：SecurCore）
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其实，除了上述三⼤系列之外，还有⼀个主打安全的Cortex-SC系列（SC：SecurCore），主要⽤于政府安全芯⽚。
ARM11系列包括了ARM11MPCore处理器、ARM1176处理器、ARM1156处理器、ARM1136处理器，它们是基于ARMv6架构。
ARM Cortex-A5处理器、Cortex-A7处理器、Cortex-A8处理器、Cortex-A9处理器、Cortex-A15处理器⾪属于Cortex-A系列，基于ARMv7-A 架构。
Cortex-A53、Cortex-A57两款处理器属于Cortex-A50系列，⾸次采⽤64位ARMv8架构。
2020年ARM最近发布了⼀款全新的CPU架构Cortex-A78，是基于ARMv8.2指令集。
什么是SOC？
SoC的全称叫做：System-on-a-Chip，中⽂的的意思就是“把系统都做在⼀个芯⽚上”。
SoC上集成了很多⼿机上最关键的部件，⽐如CPU、GPU、内存、也就说虽然它在主板上的存在是⼀个芯⽚，但是它⾥边可是由很多部件封装组成的。
⽐如通常我们所说的⾼通801，麒麟950.三星的exynos 4412，A6等等都只是系统部件打包封装（SoC）后的总称。然⽽各家的打包封装的内容则不尽相同，原因也不尽相同。
经典的ARM系统级芯⽚或所谓的Soc 包含许多组件，其中只有⼀些直接源⾃ARM。⾸先，核⼼本⾝通常深度嵌⼊在设备内部，在设备范畴内通常不直接可见，⽽调试端⼝通常是唯⼀和核⼼本⾝相连的外露部分，有⼀些粘合逻辑，如时钟和复位集成电路。
由于 ARM 核⼼只有两个中断输⼊，最常见的外设就是某种中断控制器，在外设内部，各组件通过芯⽚上互联总线架构相互连接，对于极⼤多数基于ARM的设备⽽⾔，这就是标准的 AMBA 互联。
AMBA 指定了两个总线，称为AXI的⾼性能系统总线，和称为APB的低功耗外设总线，APB通常⽤于连接所有外设，AXI则⽤于存储器和其他发⾼速设备，⼤多数设备都有⼀定数量的芯⽚上存储以及连接外设存储器设备的接⼝，但是注意，与设备的外部连接并不是AMBA总线，这仅在设备内部使⽤，并不外露。
举例：Exynos 4412 SCP
道不可言
书香校园征文
下⾯我们以三星的Exynos（猎户座） 4412 SCP为例，来讲解这⼏个概念。
1. 三星的Exynos 4412 SCP 是⼀款基于Cortex-A9的SOC；
2. 如下图所⽰，Exynos 4412包含了4个Cortex-A9的处理器（核）；
3. Cortex-A9是基于ARMv7-A架构（指令集）的。
由上图可知，exynos 4412出了包含4个Cortex-A9核，还包括⼤量的外设控制器：DRAM Controller、SROM Controller、Camera IF、JPEG、GPS/GLONASS、Power Management、USB Host、I2C、UART、SPI等。
和三星相同的其他和arm合作的各⼤⼚商通常会把它的CPU和各类外围IP都放到⼀起，然后⾃⼰拿着图纸去流⽚，⽣产出来的也是⼀个正⽅形，下⾯有很多引脚，这个东西不仅包含了CPU，还包含了其他的控制器，这个东西就叫做SOC（system on chip）。
如下图所⽰，就是三星最终⽣产的Exynos 4412 ，当然了，光有这个soc还⽆法运⾏安卓，还需要借助外围⼤量的外设才能最终形成⼀个完整的系统，但是⼤部分最复杂的硬件部分模块都已经集成到了这个soc中。
⽬前各⼤⼚商所做的事情，就是买来ARM的授权，得到ARM处理器的源代码，⽽后⾃⼰搞⼀些外围IP（或者买或者⾃⼰设计），组成⼀个SOC后，去流⽚。不同的SOC，架构不同（就是CPU如何和IP联系起来，有的以总线为核⼼，有的以DDR为核⼼）。
海思是拥有⾃主产权的SOC架构。可是，⽆论任何⼚商，再怎么折腾，都没有怎么动过CPU，ARM核⼼就好好的呆在那⾥，那就是中央处理器。
ARM授权
如何来理解ARM授权呢？
就⽐如我们制造汽车，ARM公司相当于拥有最先进的的'发动机'设计⽅案，但是他不'⽣产发动机'，⽽是把设计⽅案授权给各⼤'汽车⼚商'⽣产，赚来的钱继续研发更先进的‘发动机’。
ARM授权分为ARM架构授权、IP核授权、使⽤层级授权
⼀个公司若想使⽤ARM的内核来做⾃⼰的处理器，⽐如ST、苹果、三星、TI、⾼通、华为等等，必须向ARM公司购买其架构下的不同层级授权，根据使⽤需要购买相应的层级授权。
架构的授权⽅式有三种：架构层级授权、内核层级授权(ip核授权)、使⽤层级授权。
1.架构层级授权，是指可以对ARM架构进⾏⼤幅度改造，甚⾄可以对ARM指令集进⾏扩展或缩减，苹果就是⼀个很好的例⼦，在使⽤ARMv7-A架构基础上，扩展出了⾃⼰的苹果swift架构；
2.内核层级授权，是指可以以⼀个内核为基础然后在加上⾃⼰的外设，⽐如USART、GPIO、SPI、ADC等等，最后形成了⾃⼰的MCU，这种公司很多，⽐如三星、TI;
3.使⽤层级授权，要想使⽤⼀款处理器，得到使⽤层级的授权是最基本的，这就意味着你只能拿别⼈提供的定义好的ip来嵌⼊在你的设计中，不能更改⼈家的ip，也不能借助⼈家的ip创造⾃⼰的基于该ip的封装产品。
因此，如果华为分别拿到架构授权和ip核授权，那么意味着它可以在ARM指令集基础上根据需要创建出⾃⼰的内核架构，并可添加各种⽚内外设⽐如通信接⼝、显⽰器控制接⼝、GPIO等等，从⽽⽣产出⾃⼰的“处理器芯⽚”。
其实就像我写了⼀篇⽂章，我告诉甲，你可以拿去修改后使⽤，便是架构层级授权，我告诉⼄，你可以在你的⽂章中引⽤我的⽂章，便是内核级授权，我告诉丙，你只能对我的⽂章进⾏转发，不能更改，不能添油加醋，便是使⽤层级授权。
总结
下⾯我们总结下这些概念：
1. ARM公司的名字，叫ARM：Advanced RISC Machines；
2. ARM前⾝Acorn公司设计的第⼀款微处理器，叫ARM：Acorn RISC Machine；
3. ARM处理器名字：
以前叫ARM9、ARM11,
新的命名规则改以Cortex命名，分别是Cortex-A，Cortex-R，Cortex-M；
word行间距怎么调这三个字母A、R、M合到⼀起⼜是ARM。
4. ARM指令集，就是ARM架构，⽐如ARMv8，每个处理器都需要依赖⼀定的ARM架构来设计；
5. SOC：各⼤⼚商买来ARM的授权，得到ARM处理器的源代码，⽽后⾃⼰搞⼀些外围设备的IP（或者买或者⾃⼰设计），组成⼀个
SOC，⽐如三星的Exynos 4412，华为的麒麟990。
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