嵌入式处理器的架构与内核发展历程

转载自http://blog.csdn.net/pengpengjy/article/details/51902044

当我们谈及嵌入式处理器的体系架构时，一般都是想到Intel的X86架构和ARM公司的ARM架构。X86架构和ARM架构最大的不同点就是使用的指令集不同，前者使用的CISC指令集，后者使用的是RISC指令集，还有一点就是X86架构使用的是冯诺依曼结构，ARM架构既使用冯诺依曼结构，也使用哈佛结构（已经成了一种趋势）。

       何为架构？这两个字看起来很简单，不就是“骨架+结构”，但是个人觉得并不好理解。百度上把架构分为逻辑架构，物理架构和系统架构。对于处理器，当起发展到一定程度时，这种物理架构不会有很大的变化。以CPU为例，它主要由逻辑部件+寄存器部件+控制部件组成，这种结构在发展稳定之后，就不会有大多的改变。那么人们常说的架构版本更新主要体现在哪里呢？指令集。当然还有如存储器管理特性改进等因素，以ARM处理器架构为例，如图1为其进化史。

 

                                                                                       图1 . ARM处理器架构进化史

可以看到其架构一路从V4→V7版本，其中V7版本分三路发展，A系列,R系列，M系列。

再看图2看其处理器指令的演进史

 

                                                                                                   图2,  指令演进史

 

可以发现，在V4T版本时增加了Thumb指令集，刚好可以对应处理器的Thumb状态，到了V5E版本，加入了增强型的DSP指令，V6版本可谓是ARM指令演进史上的一件大事，有了Thumb-2的问世。其实之前的16位Thumb指令集就32位ARM指令集的一个功能子集，到了Thumb-2，以其强大，轻佻和高效，16位指令首次与32位指令并存，再也不需要因为处理器模式的变换而造成指令集变换。从ARM-Cortex-M3将全身的处理能力托付给Thumb-2指令集就可以看出，Thunmb-2指令集的强大。

  处理器架构与处理器内核有什么区别？“处理器内核”中的处理器应该是MCU。“处理器架构”中的处理器可以是更广义的 Processing Unit。而当我们谈及内核时首先应该是针对某一系列的MCU。拿STM32系列MCU来说，它们是基于ARM-Cortex-M3为内核的。而内核主要谈其流水线和结构。如ARM7内核是0.9MIPS/MHZ的三级流水线和冯诺依曼结构，ARM9是1.1MIPS/MHZ的5级流水线哈佛结构。通过图3可以更直观的发现内核与MCU的关系。

 

                                                              图3

至于内核里面，那就是谈及它的寄存器组，指令集运用，中断行为，存储器映射和调试等相关知识了。

通过上面的分析，内核是架构的重要载体和呈现方式。

 

P.S:个人理解，欢迎批评指正与相互讨论

 

 

参考文献：1，The Definitive Guide to the ARM Cortex-M3

                  架构与内核  2,Cortex-M3 权威指南     宋岩（译）

                  3，百度百科