1.2.2 ARM架構(gòu)

架構(gòu)指的是一系列的功能規(guī)范。ARM架構(gòu)指的就是基于ARM處理器的功能規(guī)范，又稱為ARM CPU架構(gòu)。架構(gòu)指定了處理器的行為方式，例如，架構(gòu)中包含什么指令以及指定指令做什么?；谝环N架構(gòu)可以有多種處理器，每種處理器的性能不同，其應(yīng)用也不同，但每種處理器的實現(xiàn)都要遵循這一體系架構(gòu)。ARM架構(gòu)保證系統(tǒng)的高性能、低功耗和高效率。

從1985年ARMv1架構(gòu)誕生起，到2011年，ARM推出ARMv8架構(gòu)，10年之后的2021年3月31日，ARM才正式推出了ARMv9架構(gòu)，ARMv9架構(gòu)兼容ARMv8架構(gòu)，并在其基礎(chǔ)上，提升了處理器的性能和安全性，增強了矢量計算、機器學習及數(shù)字信號處理功能，ARM架構(gòu)各版本及特點如圖1-16所示。

Thumb:ARM 16 bit指令集。

Jazelle:ARM在硬件上提供了對Java字節(jié)碼的支持，大大提高了系統(tǒng)的性能。

TrustZone:ARM TrustZone技術(shù)為可信軟件提供了系統(tǒng)硬件隔離。

Cortex-A32/35/53/57/72/73/77/78采用的都是ARMv8架構(gòu)，這是ARM公司的首款支持64位指令集處理器的架構(gòu)，各處理器對應(yīng)的架構(gòu)關(guān)系如表1-1所示。

ARM架構(gòu)可以看作硬件和軟件之間的協(xié)議，描述了軟件通過依賴硬件可以提供的功能，ARM架構(gòu)的核心內(nèi)容如表1-2所示。

ARM架構(gòu)的主要特征如下。

（1）采用大量的寄存器，可以用于多種用途。

（2）采用Load/Store架構(gòu)。

（3）每條指令都為條件執(zhí)行。

（4）采用多寄存器的Load/Store指令。

（5）能夠在單時鐘周期執(zhí)行的單條指令內(nèi)完成一項普通的移位操作和一項普通的ALU操作。

（6）通過協(xié)處理器指令集來擴展ARM指令集，包括在編程模式中增加新的寄存器和數(shù)據(jù)類型。

（7）如果把Thumb指令集也當作ARM體系架構(gòu)的一部分，那么在Thumb體系架構(gòu)中還可以以高密度16位壓縮形式表示指令集。

例如，ARMv8架構(gòu)是以32位ARM架構(gòu)為基礎(chǔ)進行開發(fā)的，被首先用于對擴展虛擬地址和64位數(shù)據(jù)處理技術(shù)有更高要求的產(chǎn)品領(lǐng)域，如企業(yè)應(yīng)用、高檔消費類電子產(chǎn)品。

ARMv8-A架構(gòu)的主要特點如下。

① 新增的一套64bit指令集，稱作A64。

② 由于ARMv8-A架構(gòu)需要向下兼容ARMv7架構(gòu)，所以它們同時支持32bit指令集，稱作A32和T32（即我們熟悉的ARM和Thumb指令集）。

③ 可定義AArch64和AArch32兩套運行環(huán)境，分別執(zhí)行64bit和32bit指令集。也可以在需要的時候，切換運行環(huán)境。

④ 在AArch64運行環(huán)境中，重新解釋了處理器模式、優(yōu)先級等概念。

⑤ 在ARMv7 安全擴展的基礎(chǔ)上，新增安全模式，支持與安全相關(guān)的應(yīng)用需求。

⑥ 在ARMv7 虛擬化擴展的基礎(chǔ)上，提供完整的虛擬化框架，并在硬件上支持虛擬化。