【Cortex-M0】2 ARM概述

 

2.1 ARM

    



 

    ARM（Advanced RISC Machines）是微微控制器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC微控制器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。                                                         

    英文全称：Advanced RISC Machines　　

    国家：英国（欧洲）　　

    行业：电子半导体微微控制器智能手机　　

    总部：英国剑桥　　

    CEO：沃伦·伊斯特　　

    竞争对手：英特尔　　

    市场份额：手机微控制器90%的市场份额、上网本微控制器30%的市场份额、平板电脑微控制器70%的市场份额。

　　ARM公司是苹果、Acorn、VLSI、Technology等公司的合资企业。ARM将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，每个厂商得到的都是一套独一无二的ARM相关技术及服务。利用这种合伙关系，ARM很快成为许多全球性RISC标准的缔造者。

    目前，总共有30家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议，其中包括Intel、IBM、LG半导体、NEC、SONY、飞利浦和国家半导体这样的大公司。至于软件系统的合伙人，则包括微软、SUN和MRI等一系列知名公司。　　   

    1991 年ARM 公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用ARM技术知识产权（ IP ）核的微微控制器，即我们通常所说的ARM 微微控制器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM 技术的微微控制器应用约占据了32 位RISC 微微控制器75 %以上的市场份额，ARM 技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。　　

   20世纪90年代，ARM公司的业绩平平，微控制器的出货量徘徊不前。由于资金短缺，ARM做出了一个意义深远的决定：自己不制造芯片，只将芯片的设计方案授权（licensing）给其他公司，由它们来生产。正是这个模式，最终使得ARM芯片遍地开花，将封闭设计的Intel公司置于“人民战争”的汪洋大海。　　

    进入21世纪之后，由于手机制造行业的快速发展，出货量呈现爆炸式增长，ARM微控制器占领了全球手机市场。2006年，全球ARM芯片出货量为20亿片，2010年预计将达到45亿片。　　

    ARM 公司是专门从事基于RISC 技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM 微微控制器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM 微微控制器芯片进入市场。目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM 公司的授权，因此既使得ARM 技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。　　

    ARM商品模式的强大之处在于它在世界范围有超过100个的合作伙伴。ARM 是设计公司，本身不生产芯片。采用转让许可证制度，由合作伙伴生产芯片。　　

    2007年底，ARM的雇员总数为1728人，持有专利700项（另有900项正在申请批准中），全球分支机构31家，合作伙伴200家，年收入2.6亿英镑。

    ARM 公司本身并不靠自有的设计来制造或出售CPU ，而是将微控制器架构授权给有兴趣的厂家。ARM 提供了多样的授权条款，包括售价与散播性等项目。对于授权方来说，ARM 提供了ARM 内核的整合硬件叙述，包含完整的软件开发工具（编译器、debugger、SDK），以及针对内含ARM CPU 硅芯片的销售权。对于无晶圆厂的授权方来说，其希望能将ARM 内核整合到他们自行研发的芯片设计中，通常就仅针对取得一份生产就绪的智财核心技术（IP Core）认证。对这些客户来说，ARM 会释出所选的ARM 核心的闸极电路图，连同抽象模拟模型和测试程式，以协助设计整合和验证。需求更多的客户，包括整合元件制造商（IDM）和晶圆厂家，就选择可合成的RTL（暂存器转移层级，如Verilog）形式来取得微控制器的智财权（IP）。藉著可整合的RTL，客户就有能力能进行架构上的最佳化与加强。这个方式能让设计者完成额外的设计目标（如高震荡频率、低能量耗损、指令集延伸等）而不会受限于无法更动的电路图。虽然 ARM 并不授予受权方再次出售ARM 架构本身，但受权方可以任意地出售制品（如芯片元件、评估板、完整系统等）。商用晶圆厂是特殊例子，因为他们不仅授予能出售包含ARM 内核的硅晶成品，对其它客户来讲，他们通常也-重制ARM 内核的权利。　　

    就像大多数IP 出售方，ARM 依照使用价值来决定IP 的售价。在架构上而言，更低效能的ARM 内核比更高效能的内核拥有较低的授权费。以硅芯片实作而言，一颗可整合的内核要比一颗硬件宏（黑箱）内核要来得贵。更复杂的价位问题来讲，持有ARM 授权的商用晶圆厂（例如韩国三星和日本富士通）可以提供更低的授权价格给他们的晶圆厂客户。透过晶圆厂自有的设计技术，客户可以更低或是免费的ARM预付授权费来取得ARM 内核。相较于不具备自有设计技术的专门半导体晶圆厂（如台积电和联电），富士通/三星对每片晶圆多收取了两至三倍的费用。对中少量的应用而言，具备设计部门的晶圆厂提供较低的整体价格（透过授权费用的补助）。对于量产而言，由于长期的成本缩减可借由更低的晶圆价格，减少ARM的NRE成本，使得专门的晶圆厂也成了一个更好的选择。　　

    许多半导体公司持有ARM 授权：Atmel、Broadcom、Cirrus Logic、Freescale（于2004从摩托罗拉公司独立出来）、Qualcomm、富士通、英特尔（借由和Digital的控诉调停）、IBM，英飞凌科技，任天堂，恩智浦半导体（于2006年从飞利浦独立出来）、OKI电气工业，三星电子，Sharp，STMicroelectronics，德州仪器 和VLSI等许多这些公司均拥有各个不同形式的ARM授权。虽然ARM的授权项目由保密合约所涵盖，在智慧财产权工业，ARM是广为人知最昂贵的CPU内核之一。单一的客户产品包含一个基本的ARM 内核可能就需索取一次高达美金20万的授权费用。而若是牵涉到大量架构上修改，则费用就可能超过千万美元。　　

   

 

2.2 RISC

    ARM公司设计的微控制器基于RISC架构，而RISC（reduced instruction set computer，精简指令集计算机）是一种执行较少类型计算机指令的微微控制器，起源于80 年代的MIPS主机（即RISC 机），RISC机中采用的微微控制器统称RISC微控制器。这样一来，它能够以更快的速度执行操作（每秒执行更多百万条指令，即MIPS）。因为计算机执行每个指令类型都需要额外的晶体管和电路元件，计算机指令集越大就会使微微控制器更复杂，执行操作也会更慢。

 

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书籍名称：ARM Cortex-M0原理与应用实践

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