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ARM技术的应用现状一、ARM公司介绍1.1ARM公司ARM Holdings 是全球领先的半导体知识产权 (IP) 提供商，并因此在数字电子产品的开发中处于核心地位。 ARM 公司的总部位于英国剑桥，它拥有 1700 多名员工，在全球设立了多个办事处，其中包括比利时、法国、印度、瑞典和美国的设计中心。 ARM（Advanced RISC Machines）是微处理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处理器、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 ARM（Advanced RISC Machines）是微处理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处理器、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。 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、飞利浦和国民半导体这样的大公司。至于软件系统的合伙人，则包括微软、升阳和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 ）核的微处理器，即我们通常所说的 ARM 微处理器，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 技术的微处理器应用约占据了 32 位 RISC 微处理器 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，处理器的出货量徘徊不前。由于缺乏资金，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。 但是进入21世纪之后，由于手机的快速发展，出货量呈现爆炸式增长，ARM处理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 微处理器核，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 微处理器芯片进入市场。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(Partners）。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。 1.2.ARM 授权方ARM 公司本身并不靠自有的设计来制造或出售 CPU ，而是将处理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）形式来取得处理器的智财权（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，他们通常也保留重制 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）、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。 ARM(Asynchronous Resbonse Mode)异步响应方式异步响应方式ARM（Asynchronous Responses Mode）也是一种非平衡数据链路操作方式，与NRM不同的是，ARM下的传输过程由从站启动。从站主动发送给主站的一个或一组帧中可包含有信息，也可以是仅以控制为目的而发的帧。在这种操作方式下，由从站来控制超时和重发。该方式对采用轮询方式的多站链路来说是必不可少的。1.3.ARM公司的几大亮点 全球领先的半导体 IP 公司 成立于 1990 年 到目前为止已销售了超过 150 亿枚基于 ARM 的芯片 向 200 多家公司出售了 600 个处理器许可证 获得了所有基于 ARM 的芯片的版税 赢得了长期成长型市场的市场份额 ARM 的收益增速通常要比整个半导体行业快ARM 的商业模式主要涉及 IP 的设计和许可，而非生产和销售实际的半导体芯片。 我们向合作伙伴网络（包括世界领先的半导体公司和系统公司）授予 IP 许可证。 这些合作伙伴可利用 ARM 的 IP 设计创造和生产片上系统设计，但需要向 ARM 支付原始 IP 的许可费用并为每块生产的芯片或晶片交纳版税。 除了处理器 IP 外，我们还提供了一系列工具、物理和系统 IP 来优化片上系统设计。如图1.1图1.1ARM 产品线：提供领先的设计、实现和应用正因为 ARM 的 IP 多种多样以及支持基于 ARM 的解决方案的芯片和软件体系十分庞大，全球领先的原始设备制造商 (OEM) 都在广泛使用 ARM 技术，应用领域涉及手机、数字机顶盒以及汽车制动系统和网络路由器。 当今，全球 95% 以上的手机以及超过四分之一的电子设备都在使用 ARM 技术。二、ARM公司产品ARM 体系结构是业界领先的微处理器体系结构，为系统和软件工程师提供了开发低能耗、高性能消费类和工业产品的硅验证解决方案。这些终端产品涵盖了从汽车和工业监视器到家庭娱乐和移动设备的各个领域。 ARM 完整产品线包括微控制器、微处理器、图形处理器、实现软件、单元库、嵌入式内存、高速连接产品、外设以及开发工具。借助于完善的设计服务、培训、支持和维护以及公司的庞大合作伙伴社区，我们提供了一个全面的系统解决方案，为主要电子设备公司提供一条快速可靠的途径将产品推向市场。2.1.处理器ARM 是 32 位嵌入式微处理器的行业领先提供商，已推出各种各样基于通用体系结构的处理器，这些处理器具有高性能和行业领先的功效，而且系统成本也有所降低。与业界最广泛的体系（拥有超过 750 个可提供硅、工具和软件的合作伙伴）相结合，已推出的一系列 20 多种处理器可以解决每个应用难题。迄今为止，ARM 已生产超过 200 亿个处理器，每天的销量超过 1000 万，是真正意义上的 The Architecture for the Digital World（数字世界的体系结构）。2.2.系统 IP - CoreLink 和 CoreSight(View Larger 系统 IP - CoreLink 和 CoreSight Image) ARM 系统 IP 在 ARM Cortex 和 Mali 处理器与内存和外设之间搭设一条数字高速公路，以确保获得最佳的系统性能和能源效率。 CoreLink 产品组合包括互连、静态和动态内存控制器、高速缓存和 DMA 控制器以及 AMBA 设计工具，以便于设计最佳的 SoC。CoreSight 调试和跟踪 IP 在 SoC 产品中提供世界领先的可见性，从而实现软件优化以提高产品可靠性和性能并缩短上市时间。2.3.多媒体 - 来自 ARM 的图形、视频和音频处理ARM 提供了一系列嵌入式图形 IP、视频 IP 和音频解决方案，这些解决方案为现在和将来的各种消费类、无线、汽车和企业设备上的多媒体应用程序提供支持。24.用于 SoC 实现的物理 IP(View Larger 用于 SoC 实现的物理 IP Image) ARM 是处理器设计和制造方面的世界领先物理知识产权 (IP) 提供商，可加快复杂片上系统 (SoC) 集成电路的设计过程。ARM 物理 IP 平台包括逻辑 IP、嵌入式内存 IP 和接口 IP，全部针对具体的代工厂工艺进行了优化。ARM 物理 IP 提供： 最广泛的平台 IP 解决方案，从 28 纳米到 250 纳米 最短的上市时间 最低的总拥有成本 针对处理器、多媒体和系统 IP 进行优化的解决方案2.5.ARM 开发工具ARM 工具是针对 ARM 体系结构的业界标准，持续开发时间超过了 20 年。在 2005 年，ARM 收购了 Keil 工具业务，新增了 MCU 工具来完善我们的 ARM RVDS 工具系列。独特优点ARM 工具系列为所有应用程序开发阶段提供了最佳工具解决方案。这些工具与 ARM 处理器 IP 一起开发，与第三方工具提供商相比具有以下独特优点： 高性能 - 已在数十亿的产品开发中使用 可靠 - 与 ARM IP 一起开发并经过 ARM IP 的验证 全面 - 支持所有 ARM 体系结构和功能 持久 - 承诺不断改进产品、坚持创新和提供客户支持三、ARM 市场： 移动、家庭、嵌入式和企业ARM Partnership 跨越范围广泛的多个应用领域和市场。为了确保配备最佳解决方案和稳健的生态系统来支持这种多样性，ARM 市场团队将战略划分为四大类。这种具有侧重性的划分方式使 ARM 能够完全理解我们的客户所面临的挑战，这些客户将为移动、家庭、嵌入式和企业细分市场设计和提供产品3.1.嵌入式ARM 将“嵌入式”归类为利用微控制器作为主处理器的所有应用程序，以及其他领域未明确涵盖的基于处理器的任何应用程序。 第一种类别的示例包括：家用电器、HVAC 系统、智能测量平台、触摸屏控制器、传感器和马达控制，在这些应用程序中，ARM Cortex-M 系列处理器是理想解决方案的核心。 ARM Cortex-A 系列处理器在远程医疗、安全/监视、航空电子领域的应用同样属于此类别。图3.1图3.2 图3.3 汽车信息娱乐 嵌入式计算 通用 MCU 智能仪表3.2.企业ARM 将企业应用程序定义为提供网络连接和/或存储功能的完整系统或子系统。 这包括家庭和公司网关、企业路由器、以太网交换机、无线访问点、基站、多服务配置平台、硬盘驱动器、网络连接存储和固态磁盘。 在过去 5 年中，上述许多应用领域的系统设计人员已开始考虑这些系统完成其任务时的能效，而不是考虑绝对性能。随着更高性能的多核处理器核心和经过优化的性能改进物理逻辑 IP（包括 ARM 物理 IP 部门提供的标准单元库）的问世，可通过