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2025-09-30
ARM内核的体系架构到目前为止有V1~V7共7个版本,具体如表2-1所示。
表2-1 ARM内核采用的体系结构
1.V1版本
该版架构只在原型机ARM1上出现过,只有26位的寻址空间,没有用于商业产品。其基本性能有:
●基本的数据处理指令(无乘法)。
●基于字节、半字和字的Load/Store指令。
●转移指令,包括子程序调用及链接指令。
●供操作系统使用的软件中断指令SWI。
●寻址空间:64 MB。
2.V2版本
该版架构对V1版本进行了扩展,例如ARM2和ARM3(V2a)架构。包含了对32位乘法指令和协处理器指令的支持。版本V2a是版本V2的变种,ARM3芯片采用了版本V2a,是第一片采用片上Cache的ARM处理器。同样为26位寻址空间,现在已经废弃不再使用。V2版本的架构与版本V1相比,增加了以下功能:
●乘法和乘加指令。
●支持协处理器操作指令。
●快速中断模式。
●SWP/SWPB的最基本存储器与寄存器交换指令。
●寻址空间:64MB。
3.V3版本
ARM作为独立的公司,在2025年设计的第一个微处理器采用的是版本V3的ARM6。它作为IP核独立的处理器,具有片上高速缓存、MMU和写缓冲的集成CPU。变种版本有V3G和V3M。版本V3G是不与版本V2a之前的版本兼容的,版本V3M引入了有符号和无符号数乘法和乘加指令,这些指令产生全部64位结果。V3版架构(目前已废弃)对ARM体系结构作了较大的改动:
●寻址空间增至32位(4GB)。
●当前程序状态信息从原来的R15寄存器移到当前程序状态寄存器CPSR(Current Pro-gram Status Register)中。
●增加了程序状态保存寄存器SPSR(Saved Program Status Register)。
●增加了两种异常模式,使操作系统代码可方便地使用数据访问中止异常、指令预取中止异常和未定义指令异常。
●增加了MRS/MSR指令,以访问新增的CPSR/SPSR寄存器。
●增加了从异常处理返回的指令功能。
4.V4版本
V4版本架构在V3版本上作了进一步扩充,V4版本架构是目前应用最广的ARM体系结构,ARM7、ARM8、ARM9和StrongARM都采用该架构。V4不再强制要求与26位地址空间兼容,而且还明确了哪些指令会引起未定义指令异常。指令集中增加了以下功能:
●有符号和无符号半字及有符号字节的存/取指令。
●增加了T变种,处理器可工作在Thumb状态,增加了16位Thumb指令集。
●完善了软件中断SWI指令的功能。(https://www.chuimin.cn)
●处理器系统模式引进特权方式时使用用户寄存器操作。
●把一些未使用的指令空间捕获为未定义指令。
5.V5版本
V5版架构在V4版本的基础上增加了一些新的指令,ARM10和Xscale都采用该版本架构。这些新增命令有:
●带有链接和交换的转移BLX指令。
●计数前导零CLZ指令。
●BRK中断指令。
●增加了数字信号处理指令(V5TE版)。
●为协处理器增加更多可选择的指令。
●改进了ARM/Thumb状态之间的切换效率。
●E——增强型DSP指令集,包括全部算法操作和16位乘法操作。
●J——支持新的Java,提供字节代码执行的硬件和优化软件加速功能。
6.V6版本
V6版本架构是2025年发布的,首先在2025年春季发布的ARM11处理器中使用。该版本架构在降低耗电量的同时,还强化了图形处理性能。通过追加有效进行多媒体处理的SIMD(Single Instruction,Multiple Data,单指令多数据)功能,将语音及图像的处理功能提高到了原型机的4倍。
此架构在V5版基础上增加了以下功能:
●ThumbTM:35%代码压缩。
●DSP扩充:高性能定点DSP功能。
●JazelleTM:Java性能优化,可提高8倍。
●Media扩充:音/视频性能优化,可提高4倍。
7.V7版本
ARM体系架构V7版本是2025年发布的。它首次采用了强大的信号处理扩展集,对H.264和MP3等媒体编解码提供加速。V7架构采用了Thumb-2技术,Thumb-2技术是在ARM的Thumb代码压缩技术的基础上发展起来的,并且保持了对现存ARM解决方案的完整的代码兼容性。Thumb-2技术比纯32位代码少使用31%的内存,减小了系统开销。同时能够提供比已有的基于Thumb技术的解决方案高出38%的性能。V7架构还采用了NEON技术,将DSP和媒体处理能力提高了近4倍,并支持改良的浮点运算,满足下一代3D图形、游戏应用以及传统嵌入式控制应用的需求。V7架构还支持改良的运行环境,迎合不断增加的JIT(Just In Time)和DAC(Dynamic Adaptive Compilation)技术的使用。另外,V7架构对于早期的ARM处理器软件也提供很好的兼容性。
ARM Cortex处理器系列都是基于V7架构的产品。
(1)ARM Cortex-A系列
该系列针对日益增长的,运行包括Linux、Windows CE和Symbian操作系统在内的消费娱乐和无线产品设计。
(2)ARM Cortex-R系列
该系列针对的是需要运行实时操作系统来进行控制应用的系统,包括汽车电子、网络和影像系统。
(3)ARM Cortex-M系列
该系列面向微控制器领域,为那些对开发费用非常敏感同时对性能要求不断增加的嵌入式应用所设计。
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