ARM(Advanced RISC Machines)可以認為是壹個公司的名字，是壹種微處理器和壹種技術的總稱。
1991 ARM公司成立於英國劍橋，主要出售芯片設計技術的授權。目前，以ARM技術為知識產權(IP)核心的微處理器，也就是我們通常所說的ARM微處理器，已經遍布工業控制、消費電子產品、通信系統、網絡系統、無線系統等產品市場。基於ARM技術的微處理器應用占據了32位RISC微處理器75%以上的市場份額，ARM技術正逐漸滲透到我們生活的方方面面。
ARM公司是壹家專門從事基於RISC技術的芯片設計和開發的公司。作為知識產權供應商，不直接從事芯片生產。通過轉讓設計許可，合作公司生產不同特性的芯片。世界各大半導體廠商從ARM公司購買自己設計的ARM微處理器內核，並根據各自不同的應用領域添加合適的外圍電路，從而形成自己的ARM微處理器芯片進入市場。目前，全球有數十家大型半導體公司使用ARM公司的授權，這不僅使ARM技術得到更多第三方工具、制造和軟件的支持，而且降低了整個系統的成本，使產品更容易進入市場，被消費者接受，更具競爭力。1.2.1 ARM微處理器的應用領域
到目前為止，ARM微處理器和技術的應用已經深入到幾乎每壹個領域:
1.工業控制領域:基於ARM核的微控制器芯片作為32位RISC架構，不僅占據了高端微控制器的大部分市場份額，還逐漸延伸到低端微控制器的應用領域。ARM微控制器的低功耗和高性價比對傳統的8位/16位微控制器提出了挑戰。
2.無線通信領域:目前超過85%的無線通信設備采用了ARM技術，ARM在該領域的地位因其高性能、低成本而日益鞏固。
3.網絡應用:隨著寬帶技術的普及，采用ARM技術的ADSL芯片正逐漸獲得競爭優勢。此外，ARM在語音和視頻處理方面進行了優化，得到了廣泛的支持，也對DSP的應用領域提出了挑戰。
4.消費電子產品:ARM技術廣泛應用於流行的數字音頻播放器、數字機頂盒和遊戲機。
5.成像和安全產品:現在大多數流行的數碼相機和打印機都使用ARM技術。手機中的32位SIM智能卡也采用了ARM技術。
此外，ARM微處理器和技術也應用於許多不同的領域，在未來將會得到更廣泛的應用。
1.2.2 ARM微處理器的特點
采用RISC架構的ARM微處理器壹般具有以下特點:
1，體積小，功耗低，成本低，性能高；
2.支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集，能很好的兼容8位/16位設備；
3、大量使用寄存器，指令執行速度更快；
4.大多數數據操作是在寄存器中完成的；
5、尋址方式靈活簡單，執行效率高；
6.指令長度是固定的；目前ARM微處理器包括以下系列，以及其他廠商基於ARM架構的處理器。除了ARM架構的* * *特點，ARM微處理器的每個系列都有自己的特點和應用領域。
-arm 7系列
-arm 9系列
-arm9e系列
-arm10e系列
-securcore系列
-感興趣Xscale
-strong利益分支
其中ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10是四個通用處理器系列，每個系列都提供了壹套相對獨特的性能，以滿足不同應用領域的需求。SecurCore系列專為具有高安全要求的應用而設計。
下面我們來詳細了解壹下各種處理器的特點和應用領域。
1.3.1 ARM7微處理器系列
ARM7系列微處理器是壹款低功耗的32位RISC處理器，最適合價格和功耗要求較高的消費類應用。ARM7微處理器系列具有以下特點:
-采用嵌入式ICE-RT邏輯，調試開發方便。
-功耗極低，適用於高功耗要求的應用，如便攜式產品。
-它可以提供0.9兆位/兆赫的三級流水線結構。
-代碼密度高，兼容16位Thumb指令集。
-廣泛支持操作系統，包括Windows CE、Linux、Palm OS等。
-指令系統兼容ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列，方便用戶升級產品。
-最高頻率可達130 IPS，高速運算處理能力可勝任大部分復雜應用。
ARM7系列微處理器的主要應用領域有:工業控制、互聯網設備、網絡和調制解調器設備、手機等多媒體和嵌入式應用。
ARM7系列微處理器包括以下類型的內核:ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、
ARM720T、ARM7EJ .其中ARM7TMDI是應用最廣泛的32位嵌入式RISC處理器，屬於低端ARM處理器核心。TDMI的基本含義是:
t:支持16作為壓縮指令集Thumb；
d:支持片上調試；
m:嵌入式硬件乘法器。
I:嵌入式ICE，支持片上斷點和調試點；
1.3.2 ARM9微處理器系列
ARM9系列微處理器在高性能和低功耗方面提供了最佳性能。具有以下特點:
-5級整數流水線，指令執行效率更高。
-提供1.1MIPS/MHz的哈佛結構。
-支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。
-支持32位高速AMBA總線接口。
嵌入式操作系統。
-MPU支持實時操作系統。
-支持數據緩存和指令緩存，具有更高的指令和數據處理能力。
ARM9系列微處理器主要應用於無線設備、儀器儀表、安防系統、機頂盒、高端打印機、數碼相機和數碼攝像機。
ARM9系列微處理器包括ARM920T、ARM922T、ARM940T三種型號，適用於不同的應用。
1.3.3 ARM9E微處理器系列
ARM9E系列微處理器是集成處理器，利用單個處理器內核為微控制器、DSP和Java應用系統提供解決方案，大大降低了芯片面積和系統復雜度。ARM9E系列微處理器提供增強的DSP處理能力，非常適合那些需要同時使用DSP和微控制器的應用。
ARM9E系列微處理器的主要特性如下:
-支持DSP指令集，適用於需要高速數字信號處理的場合。
-5級整數流水線，指令執行效率更高。
-支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。
-支持32位高速AMBA總線接口。
-支持VFP9浮點處理協處理器。
-MPU支持實時操作系統。
-支持數據緩存和指令緩存，具有更高的指令和數據處理能力。
-主頻最高可達300兆。
ARM9系列微處理器主要應用於下壹代無線設備、數字消費品、成像設備、工業控制、存儲設備和網絡設備等領域。
ARM9E系列微處理器包括ARM926EJ-S、ARM946E-S、ARM966E-S三種型號，適用於不同的應用場合。
1.3.4 ARM10E微處理器系列
ARM10E系列微處理器具有高性能、低功耗的特點。與同等的ARM9器件相比，ARM10E系列的微處理器由於采用了新的架構，在相同的時鐘頻率下性能提升了近50%。同時，ARM10e系列的微處理器采用了兩種先進的節能方式，使其功耗極低。
ARM10E系列微處理器的主要特性如下:
-支持DSP指令集，適用於需要高速數字信號處理的場合。
-6級整數流水線，指令執行效率更高。
-支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。
-支持32位高速AMBA總線接口。
-支持VFP10浮點處理協處理器。
-全性能MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等主流嵌入式操作系統。
-支持數據緩存和指令緩存，具有更高的指令和數據處理能力。
-主頻最高可達400兆。
-嵌入式並行讀/寫操作單元。
ARM10E系列微處理器主要應用於下壹代無線設備、數字消費品、成像設備、工業控制、通信和信息系統等領域。
ARM10E系列的微處理器包括ARM1020E、ARM1022E、ARM1026EJ-S三種型號，適用於不同的應用場合。
1.3.5 SecurCore微處理器系列
SecurCore系列微處理器專為安全需求而設計，采用32位RISC技術，提供完美的安全解決方案。因此，除了ARM架構的低功耗和高性能，SecurCore系列微處理器還有其獨特的優勢，即它們提供了對安全解決方案的支持。
除了ARM架構的主要特性，SecurCore系列微處理器在系統安全性方面還具有以下特性:
-具有靈活的保護單元，確保操作系統和應用程序數據的安全。
-采用軟內核技術，防止外部掃描和檢測。
-可以集成用戶自己的安全特性和其他協處理器。
SecurCore系列微處理器主要應用於壹些安全性要求較高的應用產品和應用系統，如電子商務、電子政務、電子銀行業務、網絡和認證系統等。
SecurCore系列微處理器包括四種類型:SecurCore SC100、SecurCore SC110、SecurCore SC200和SecurCore SC210，適用於不同的應用。
1.3.6 StrongARM微處理器系列
英特爾ARM SA-1100處理器是壹款高度集成的32位RISC微處理器，采用ARM架構。它結合了Inter公司的設計和處理技術以及ARM架構的功耗效率，在軟件上采用了兼容ARMv4架構的架構，具有Intel技術的優勢。
英特爾StrongARM處理器是便攜式通訊產品和消費電子產品的理想選擇，已成功應用於多家公司的掌上電腦系列產品。
1.3.7 Xscale處理器
Xscale處理器是基於ARMv5TE架構的解決方案，是壹款全性能、高性價比、低功耗的處理器。支持16位Thumb指令和DSP指令集，已應用於數字手機、個人數字助理和網絡產品。
Xscale處理器是目前Inter主推的ARM微處理器。1.4.1 RISC架構
傳統的CISC(Complex Instruction Set Computer)結構有其固有的缺點，即隨著計算機技術的發展，新的復雜指令集不斷推出。為了支持這些新指令，計算機體系結構將變得越來越復雜。但是，在CISC指令集的各種指令中，它們的使用頻率差別很大，大約有20%的指令會被重復使用，占整個程序代碼的80%。而剩下的80%指令不常使用，在編程中只占20%。顯然，這種結構並不合理。
基於以上的不合理性，1979年加州大學伯克利分校提出了RISC(精簡指令集計算機)的概念。RISC不是簡單的減少指令，而是著眼於如何使計算機結構更加簡單合理來提高運算速度。RISC架構優先選擇頻率最高的簡單指令，避免復雜指令；指令長度固定，減少了指令格式和尋址方式的種類；控制邏輯為主，不使用或少使用微碼控制等措施來達到上述目的。
到目前為止，RISC體系結構還沒有嚴格的定義。壹般認為，RISC體系結構應該具有以下特征:
-采用定長指令格式，指令有2 ~ 3種基本尋址方式。
-單周期指令用於促進流水線操作的執行。
-使用了大量的寄存器。數據處理指令只對寄存器進行操作，只有加載/存儲指令可以訪問存儲器，以提高指令的執行效率。
此外，ARM架構還采用了壹些特殊的技術，在保證高性能的前提下，盡量減小芯片面積，降低功耗:
-所有指令都可以根據之前的執行結果來執行，從而提高指令的執行效率。
-加載/存儲指令可用於批量傳輸數據，提高數據傳輸效率。
-邏輯處理和移位處理可以在壹條數據處理指令中同時完成。
-在循環處理中使用地址的自動增減來提高操作效率。
當然，與CISC架構相比，RISC架構雖然有上述優勢，但絕不能認為RISC架構可以取代CISC架構。其實RISC和CISC各有優勢，界限也不是那麽明顯。現代CPU往往采用CISC的外圍，融入RISC的特點。比如超長指令集CPU，結合了RISC和CISC的優點，成為未來CPU發展方向之壹。
1.4.2 ARM微處理器的寄存器結構
ARM處理器* * *有37個寄存器，分為幾個存儲體。這些寄存器包括:
-31通用寄存器，包括程序計數器(PC指針)，都是32位寄存器。
-6個狀態寄存器，都是32位，用來標識CPU的工作狀態和程序的運行狀態，目前只使用了壹部分。
同時ARM處理器有七種不同的處理器模式，每種處理器模式都有壹組對應的寄存器。即在任何處理器模式下，可訪問的寄存器包括15個通用寄存器(R0 ~ R14)、壹個或兩個狀態寄存器和程序計數器。在所有的寄存器中，有些是在七種處理器模式中使用的相同的物理寄存器，而另壹些在不同的處理器模式中具有不同的物理寄存器。
ARM處理器的寄存器結構將在後續章節中詳細介紹。
1.4.3 ARM微處理器的指令結構
在較新的架構中，ARM微處理器支持兩種指令集:ARM指令集和Thumb指令集。其中ARM指令長32位，Thumb指令長16位。Thumb指令集是ARM指令集的子集，但與等效的ARM代碼相比，它可以節省30% ~ 40%以上的存儲空間，並具有32位代碼的所有優點。
ARM處理器的指令結構將在後面的章節中詳細描述。鑒於ARM微處理器的諸多優勢，隨著國內外嵌入式應用領域的逐步發展，ARM微處理器必將獲得廣泛的關註和應用。但是ARM微處理器的內核結構有十幾種，芯片廠商有幾十家，內部功能配置組合千變萬化，給開發者選擇方案帶來了壹定的難度。因此，有必要對ARM芯片做壹些比較研究。
本文從應用角度出發，簡要論述了選擇ARM微處理器時應考慮的主要問題。
ARM微處理器內核的選擇
從上述內容可以看出，ARM微處理器包含了壹系列的內核結構，以適應不同的應用領域。如果用戶希望使用WinCE或標準Linux等操作系統來減少軟件開發時間，則需要選擇ARM720T以上具有MMU(內存管理單元)功能的ARM芯片，ARM920T、ARM922T、ARM946T和Strong-ARM都具有MMU功能。而ARM7TDMI沒有MMU，不支持Windows CE和標準Linux。但也有uCLinux等不需要MMU支持的操作系統在ARM7TDMI硬件平臺上運行。事實上，uCLinux已經成功移植到多種沒有MMU的微處理器平臺上，並且在穩定性等方面都有出色的表現。
本書討論的S3C4510B是壹款沒有MMU的ARM微處理器，uCLinux操作系統可以在上面運行。
系統的工作頻率
系統的工作頻率很大程度上決定了ARM微處理器的處理能力。ARM7系列微處理器的典型處理速度為0.9 MPs/MHz，ARM7芯片系統的常用主時鐘為20MHz-133MHz，ARM9系列微處理器的典型處理速度為1.1 MPs/MHz，ARM9系統的常用主時鐘頻率為100MHz-233MHz，ARM6544。不同的芯片處理時鐘的方式不同。有的芯片只需要壹個主時鐘頻率，有的內部時鐘控制器可以分別為ARM核和USB、UART、DSP、音頻等功能部件提供不同頻率的時鐘。
片內存儲器的容量
大多數ARM微處理器的片內存儲容量都很小，這就要求用戶在設計系統時需要擴展存儲器。但有些芯片的片內存儲空間相對較大，比如ATMEL的AT91F40162，其片內程序存儲空間高達2MB。用戶在設計系統時可以考慮這種類型，以簡化系統的設計。
片內外圍電路的選擇
除了ARM微處理器內核，幾乎所有的ARM芯片都根據其不同的應用領域擴展了相關的功能模塊，並集成在芯片中。我們稱之為片上外圍電路，如USB接口、IIS接口、LCD控制器、鍵盤接口、RTC、ADC和DAC、DSP協處理器等。設計人員應該分析系統的需求，盡可能使用片上外圍電路來完成所需的功能，這樣既可以簡化系統的設計，又可以改善系統。