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1.ARM处理器的发展
随着智能终端、人工智能、5G、物联网等技术的快速发展,半导体行业蓬勃发展了数十年。处理器芯片作为这些技术的“心脏”,迎来了井喷式的增长。世界主流的处理器分为4大类:Interl公司和AMD公司的的X86架构处理器,ARM公司的ARM架构处理器,IBM公司的PowerPC架构处理器,MIPS公司的MIPS构架处理器。X86构架处理器使用复杂指令集(CSIC), PowerPC、ARM、MIPS处理器都是精简指令集(RSIC)。其中ARM公司发展最快,全世界超过95%的智能手机和平板电脑都采用ARM架构。 ARM 公司是业界领先的微处理器技术提供商,其提供最广泛的微处理器内核,可满足几乎所有应用市场对性能、功耗及成本的要求。与其它半导体公司不同,ARM不直接生产和销售处理器,而是将处理器的设计授权给芯片设计合作伙伴。一般将这些设计称为 “知识产权”(IP),这种商业模式被称为IP授权。 ARM IP授权芯片的结构框图如下: ARM 公司将处理器的设计授权给芯片制造商,这些芯片制造商基于ARM架构,设计了他们自己的处理器及片上系统方案。除了处理器内核之外,ARM 公司还提供了一系列用于优化片上系统设计的工具、物理和系统 IP授权。 Apple公司的A5芯片内部的集成电路图如下: 1990年,Acorn公司为与Apple公司合作,成立了名为ARM(Advanced RISC Machines)的公司。1991年ARM公司发布了ARM6处理器,随后发布了ARM7、ARM9、ARM10、ARM11系列处理器。 在ARM公司发布ARM11处理器之后,ARM公司发布了Cortex系列处理器。越后发布的处理器内核,工作频率越高、架构越先进,功能也越强。ARM处理器发展如下图: ARM公司在发布经典处理器ARM11以后,后面发布的产品命名改用Cortex,Cortex意味着“新的开始”。市场极为多样化,它涵盖数不胜数的产品细分领域,为了很好地满足市场的多样化要求,ARM公司将Cortex处理器分为三个系列:Cortex-A、Cortex-R 和 Cortex-M。 Cortex A、R 和 M 系列的应用差异如下所示: 三个系列的Cortex处理器所采用的技术也不相同,Cortex-A处理器基于ARMv7-A和ARMv8-A架构,Cortex-R处理器基于ARMv7-R架构,Cortex-M处理器基于ARMv7-M和ARMv6-M架构。 Cortex-A处理器 Application Processors(应用处理器)面向高端智能手机、电视、服务器等市场的高端处理器。Cortex-A处理器运行在超过1GHz时钟频率,支持Linux,Android, Windows,iOS等操作系统的复杂应用。这些应用需要强大的处理能力,支持存储管理单元MMU等虚拟存储系统,可选的增强java支持和安全的程序执行环境。 Cortex-R处理器 Real-time Processors (实时处理器)面向实时应用的高性能处理器系列,例如硬盘控制器,汽车传动系统和无线通讯的基带控制。多数Cortex-R实时处理器不支持MMU,不过通常具有MPU、Cache和其他针对工业应用设计的存储器功能。实时处理器运行在比较高的时钟频率(例如200MHz 到 >1GHz ),响应延迟非常低,支持FreeRTOS,UCOS等大量的实时操作系统(RTOS)。 Cortex-M处理器 Microcontroller Processors(微控制器处理器),微控制器处理器通常设计成面积很小和能效比很高。通常这些处理器的流水线很短,最高时钟频率很低(100Mhz左右)。Cortex-M处理器家族设计的非常容易使用,特别适合低功耗应用和物联网应用。 截止2023年,ARM公司把Cortex-M分为:M0,M0+,M1,M23,M3,M4,M33,M35P,M55,M7,M85一共11个系列,Cortex-M各系列功能对比如下图: M0:Cortex-M系列中的基础版本,绝大部分功能都不具备,性能较低,运算能力为0.9 DMIPS/MHz,特点是具有较好的低功耗特性。 M0+:Cortex-M系列中的基础版本,绝大部分功能都不具备,性能较低,运算能力为0.9 DMIPS/MHz,特点是具有较好的低功耗特性。 M1:Cortex-M1是第一个专为 FPGA 中的实现设计的 ARM 内核。Cortex-M1 内核使 OEM 能够通过在跨 FPGA、ASIC 和 ASSP 的多个项目之间合理地利用软件和工具投资来节省大量成本。 M23:Cortex-M23是Cortex-M系列中最节能的,其使用的是ARMv8-M架构,与类似的Cortex-M0和Cortex-M0+产品在同一频率下的表现相比,Cortex-M23的代码执行效率分别要高上40%和30% 。 直观的比如:Cortex-M23 = Cortex-M0/M0 + 硬件除法器 + 性能提升 +专门的栈溢出硬件检测+指令集不可忽略的小动作 +安全扩展(TrustZone for Armv8-M) +MPU开发者模型的友好化改进 M3:Cortex-M3是目前最主流的ARM内核选型,这款内核具有非常均衡的能力:较高的性能,较低的功耗,较低的成本,是一款性价比非常高的ARM内核。 M4 :比较着M3的内核来说,M4内核添加了浮点运算单元,如果应用需要大量浮点数据的运算的时候,M4内核会大大提高处理器性能和运算速度,比如项目是平衡车或者平衡器的时候选择M4比较好。 M33:Cortex-M33是首款采用TrustZone 安全技术和数字信号处理技术的ARMv8-M全功能实现处理器。该处理器可以支持大量灵活的配置选项,并在广泛应用中进行部署,此外还提供专用的协同处理器界面以支持经常需要加速和大量运算的运作。Cortex-M33是一款在性能、功耗、安全与生产力之间达到最佳平衡的处理器。 直观的比如:Cortex-M33 =Cortex-M3/M4 + 性能提升 +专门的栈溢出硬件检测+指令集不可忽略的小动作 +安全扩展(TrustZone for Armv8-M)+MPU开发者模型的友好化改进 M35P:Cortex-M35P是一款高性能处理器,可帮助嵌入式安全开发人员阻止物理篡改并实现更高级别的安全认证。它是Cortex-M系列中的第一款具有设计防篡改功能的处理器。它还包括用于软件隔离的ARM TrustZone技术,使设计人员可以更轻松,更快速地将多层支付或通过电信认证的安全性嵌入到任何设备的核心。Cortex-M35P有的两个安全知识产权CryptoCell和CryptoIsland都可以使用技术来抵御各种攻击。 M55:Cortex-M55 处理器是第一个支持 Armv8.1-M 架构的Cortex-M 处理器。与同系列产品相比, Cortex-M55内部集成了 Helium 技术(也称为 M-Profile Vector Extension,MVE),Helium技术用于Cortex-M内核的M-Profile矢量扩展,为其提供高达15倍的机器学习性能和高达5倍的信号处理能力。基于 Cortex-M55的产品在信号处理和AI应用中体现了极大的优势,性能和能耗有了显著的提高。 M7:Cortex-M7处理器是一款高效、高性能的嵌入式处理器,具有低中断延迟、低成本调试和向后兼容现有Cortex-M配置文件处理器的特点。处理器有一个有序的超标量管道,这意味着许多指令可以双重发出。 M85:Cortex-M85是Cortex-M 系列中中性能最强的 CPU(没有之一),其性能超过 6 CoreMark/MHz 和 3 DMIPS/MHz,非常适合高性能物联网、工业控制和汽车应用。同时,Cortex-M85 采用了 Arm Helium 技术,机器学习和数字信号处理 (DSP) 能力较 Cortex-M7有了显著提升。这些优势使其成为注重计算性能的微控制器 (MCU) 应用中的强大内核。 4.CORTEX-M系列处理器介绍 Cortex-M0
代表芯片: 意法半导体公司发布的STM32F030芯片,基于Cortex-M0内核,最高主频可达48MHz ,内部集成16K Flash和 4KSRAM,采用90nm制程工艺,售价约为人民币5元。 其他厂家芯片: Nano130 新唐科技 N32G003 国民技术 ACM32F030 上海航芯 Cortex-M0+
代表芯片: 意法半导体公司发布的STM32L053芯片,基于Cortex-M0+内核,最高主频可达32MHz ,内部集成64K Flash和 8KSRAM,采用90nm制程工艺,售价约为人民币10元。
EFM32ZG222F8 Silicon Labs HC32F003C4PA 华大半导体 APM32F003 极海半导体 Cortex-M1
GD32L233RCT6 兆易创新 M2351KIAAE 新唐科技 Cortex-M3
SiM3U134 Silicon Labs GD32F101T4U6 兆易创新 CH32F103C6T6 沁恒微电子 SH32F205中颖电子 ACM32G103 上海航芯 APM32F107 极海半导体 Cortex-M4
EFM32WG230F128 Silicon Labs HC32F420KATB 华大半导体 GD32E103T8U6 兆易创新 NUC505 新唐科技 AT32F415 雅特力科技 N32G451 国民技术 APM32F405 极海半导体 Cortex-M33
EFM32PG22 Silicon Labs GD32A503KBU3 兆易创新 Cortex-M35P
代表芯片: 无 Cortex-M7
代表芯片: 意法半导体公司发布的STM32F746芯片,基于Cortex-M7内核,最高主频可达216MHz ,内部集成1M Flash和 320KSRAM,采用40nm制程工艺,售价约为人民币100元。 GD32H737VGT6 兆易创新 Cortex-M85
代表芯片: 无 5.国产Cortex-M代表生产商兆易创新 GD32系列MCU采用了 Cortex-M3、 Cortex-M4、Cortex-M23 、Cortex-M33 、Cortex-M7内核。 官网:http://www.gd32mcu.com 华大半导体 HC32系列MCU采用了 Cortex-M0+、 Cortex-M4内核。 官网:https://www.hdsc.com 国民技术 N32系列MCU采用了 Cortex-M0、 Cortex-M4内核。 官网:https://www.nationstech.com 极海半导体 极海半导体MCU采用了 Cortex-M0+、 Cortex-M3、 Cortex-M4内核 官网:https://www.geehy.com 创作不易希望朋友们点赞,转发,评论,关注! 您的点赞,转发,评论,关注将是我持续更新的动力! CSDN:https://blog.csdn.net/li_man_man_man 今日头条:https://www.toutiao.com/article/7149576260891443724 |
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