在嵌入式范畴，ARM（全称Advanced RISC Machines）的姓名可谓是无人不知，在32位商场，ARM架构的产品占有高达75％的商场份额，居于独占方位。该架构的专利持有者便是ARM公司。ARM成立于1990年，它实践上是Arcon、Apple和VLSI三家企业一起协作的产品。当年，Acron公司需要为它们的Archimedus电脑开发一枚处理器，Apple公司相同寻求一款能够替代摩托罗拉68000 CISC处理器的RISC架构产品，而VLSI则计划规划出一枚精简高效的RISC处理器用于集成体系中。颇富戏剧性的是，这三家企业终究都没有完结自己的意图，但ARM架构却在它们未曾想到的嵌入式范畴被发扬光大。
ARM体系架构－ARM的开展进程与产品特征
与Intel、AMD等集规划、制作、出售于一体化的半导体企业不同，ARM从未触及芯片制作和出售业务，公司创建以来一直都是以IP（Intelligence Property，知识产权）供给者的身份向各大半导体制作商出售芯片研制的效果，各大半导体厂商购买IP内核授权之后便可在此根底上进行深化规划，然后制作出产品并将其推向商场。这种战略让ARM完结专业化的一起也造就了一个巨大的ARM王国。ARM架构的CPU中心具有低功耗、低成本、高功用等长处，取得许多半导体企业的大力支撑。出产ARM架构嵌入式处理器的大企业逾越70家，每一家企业都有自己的一套计划，再加上其他厂商开发的衍出产品，使得ARM架构终究在32位嵌入式商场遍地开花，使用极端广泛。
在ARM的内核大家族中，ARM7、ARM9、ARM10和ARM11的影响力最大，相继被包括Intel、德州仪器（TI）、高通、摩托罗拉、Atmel在内的重量级半导体企业所选用。到现在为止，全球80%的GSM/3G手机、99%的CDMA手机以及绝大大都PDA产品均选用ARM体系的嵌入式处理器。
ARM抢先的低能耗特功用够说占了头功。最初刚刚起步的嵌入式使用对运算功用并不苛求，但对芯片的功耗却适当灵敏。而相对一起期的其他解决计划， ARM架构的能效比优势十分显着：325MHz频率的ARM1020E处理器尽管肯定功用最低，但在耗费相等电能的前提下，它所具有的功用远远逾越IBM的PowerPC 750、摩托罗拉MPC7455（苹果的G4＋处理器）、PowerPC7400（苹果G4处理器）以及NEC的VR5500处理器，能效比极端拔尖。
再者，ARM架构的使用计划十分灵敏，因为ARM公司仅仅供给了一个高效精简的中心，参半导体厂商可根据本身需求进行使用规划，架构灵敏简洁、扩展力很强。如厂商可为多媒体信号处理参加相关的指令集，或为Java相关的使用参加高效履行单元，或添加3D图形协处理器等等。高度可扩展性也让ARM呈现了许多衍生架构，如盛行在PDA范畴的Dargonball、StrongARM和XScale架构也都归于ARM体系。得到许多软件支撑是ARM具有决定性影响的第三个优势，包括Windows CE、Symbian和Palm OS在内的三种首要常用体系都是根据ARM架构所规划，选用嵌入式Linux操作体系的掌上设备尽管还不是许多见，但它相同是根据ARM。现在，ARM现已牢牢占据手机、PDA以及其他的掌上电子产品商场，这些范畴都十分重视软件兼容和规划延续性，ARM持续坚持贯有优势没有任何悬念。或许有许多其他的嵌入式处理器具有更杰出的功用，但这并非厂商要考虑的仅有要素，事实上，精简的硬件中心、超低能耗、规划灵敏、软件支撑和丰厚的开发工具，这些都是ARM架构赖以成功的技能根底。
ARM体系架构－ARM中心规划的演进
纵观ARM的开展前史，技能创新和工艺前进成为两大推动力，这一点在ARM7中心到ARM11中心的开展进程中取得杰出体现。ARM7只具有一个包括“预取（Fetch）、解码（Decode）和履行（Execute）”单元的简略三级流水线结构，在选用0.18微米工艺时中心面积小于0.8平方毫米（不同类型的ARM7，中心面积也各不相同），其时钟频率在50MHz到110MHz之间，每MHz所对应的运算才能为0.9 Dhrystone MIPS（Dhrystone：综合性的基准测验程序，测验处理器的整数功用；MIPS：每秒百万条指令），最多耗费0.4毫瓦电力。后来的ARM9中心将流水线添加到五级，新增了内存拜访（Memory）和写入（Write）两个单元—处理器流水线添加有利于进步作业频率，但一起会带来指令履行效能下降的问题。ARM9中心的最高频率进步到220MHz等级，比ARM7系列整整高了一倍之多。一起ARM9的指令功用也高于ARM7，到达每MHz频率1.05到1.1MIPS的水平，这应该归功于AMR9在周边规划方面的多方位改善。高频率加上高指令效能，令ARM9中心取得了十分显着的功用进步，这也是它遭到业界广泛追捧的首要原因。但因为晶体管数量有些添加，ARM9内核的芯片面积也小幅进步至1.1平方毫米，功耗范围在每赫兹0.85到1毫瓦之间。
到了ARM10中心，流水线长度进一步添加到六级，它在预取和解码单元之间参加了一个“发送（Issue）”单元，再加上引进0.15微米制作工艺，使得ARM10的最高频率打破400MHz。ARM10选用更先进的V5T指令集（之前一切的ARM7、大都ARM9为V4T版别），并对逻辑架构作了很大程度的优化（如使用一个回来仓库削减子程序回来时的等待时间），大幅度进步了履行功率，终究它的指令履行效能反而进步到每MHz频率1.24 Dhrystone MIPS。陡增的作业频率加上较高的指令效能，ARM10的全体功用再次取得大幅度进步。不过，ARM10的晶体管数量一起也添加了许多，幸好在0.15微米工艺的协助下，它的中心面积成功控制在10平方毫米的水平（带64KB缓存），功耗水准坚持在每赫兹0.85毫瓦，能效比与前一代的ARM9根本相等，全体体现适当拔尖，取得广泛使用不成问题。
ARM11中心发布于2002年10月份，为了满意PDA对功用日益严苛的要求，ARM公司将其流水线长度扩展到8条，分别为预取、解码、发送、转化/MAC1、履行/MAC2、内存拜访/MAC3和写入等八个单元，归于ARM V6指令集架构。ARM11选用其时最先进的0.13微米制作工艺，运转频率最高可达500到700MHz。假如选用90纳米工艺，ARM11中心的作业频率将轻松到达1GHz—关于嵌入式处理器来说，这显然是个适当惊人的数字。其次，ARM11的逻辑中心也通过许多的改善，其间最重要的当属“静/动态组合转化的猜测功用”。ARM11的履行单元包括一个64位、4种状况的地址转化缓冲，它首要用来存储最近使用过的转化位址。当选用动态转化猜测机制而无法在地址缓冲内找到正确的地址时，静态转化猜测功用就会马上顶替它的方位。在实践测验中，单纯选用动态猜测的准确率为88%，单纯选用静态猜测机制的准确率只要77%，而ARM11的静/动态猜测组合机制可完结92%的高准确率。针对高速度带来能耗添加的问题，ARM11引进一项名为“IEM（Intelligent Energy Manager）”的智能电源办理技能，该技能可根据使命负荷状况动态调理处理器的电压，从而有用下降本身的功耗。这一系列改善让ARM11的能效比得以持续进步，均匀每赫兹频率只需耗费0.6毫瓦（有缓存时为0.8毫瓦）的电力，处理器的最高效能可到达660 Dhrystone MIPS，远逾越上一代产品。
扩展功用方面ARM11也大有增强，如支撑单指令大都据（SIMD）指令，能够让那些选用特定算法的使用程序取得二到三倍的高效履行。支撑JAVA解码功用，在运转Java程序时功率极佳，这关于手机、PDA等Java程序盛行的渠道来说具有适当活跃的含义。再者，ARM11能够同“协处理器”合作，完结一些指定的使命，这也让它能够习惯更多的使用场合。别的，ARM11支撑“TrustZone”安全技能，该技能可识别出体系的安全码和数据，并确保它们在操作体系中得到安全、有用地一起运转，可防备病毒和恶意代码的进犯，一起也不需献身任何体系功用，信任这关于机顶盒、新一代智能电话、付款设备、网络设备、手机等重视信息安全的数字设备来说有很强的实用价值。
