ARM小记

ARM何物
ARM（AdvancedRISCMachines，进阶精简指令集机器），如果你一直把这个单词读成“A”-“R”-“M”，那么将有一个好消息和一个坏消息要告诉你。好消息是：你这是初次接触到ARM技术相关的文章，而本文内容正是专为你量身打造的，无论你是嵌入式系统的门外汉还是单片机技术的初学者，都可以通过本文轻松地了解ARM技术。请相信我，这并不困难！坏消息是：我很抱歉的告诉你，它的正确读法应该是“arm”，是手臂、胳膊的英文发音。很出丑是不是？但除非你是在大声朗读，不然没人会知道的。你又多了一个知识和一个不可告人的秘密。调整一下心态，我们的故事就从这里开始吧！

1990年，有一家高科技公司在美丽的英国安了家，公司是由一群先知先觉的工程师组成的，他们致力于一种新的CPU体系结构的设计。他们想让这款CPU的性能更为出色，有精简的指令集（可以理解成给CPU发出命令的咒语，当然是越简单越好了）和较低的功耗（适合在需要高速度运算又采用电池充电的设备当中使用）。当时传统的电脑CPU发热量大，需要使用风扇散热，这确实很不方便，至少我不希望我的智能手机看上去像电吹风。所以，他们夜以继日的开发，努力实现这个伟大构想。终于，他们成功了！大家兴高采烈地为这款新的处理器结构取了一个响亮的名字——AdvancedRISCMachines，简称ARM。有趣的是这家公司的名字也是AdvancedRISCMachinesLtd.，简称ARM，不得不说他们当初成立公司时的伟大目标现在实现了，可是这个巧合里面有什么精彩秘密呢？其实早在我出生的前一年——1983年，一家名为Acorn的电脑公司就已经开始着手开发精简指令集的32位微处理器。在我1岁的时候——1985年，该公司已经研发出了ARM1处理器，一年之后又推出了ARM2处理器并批量生产，之后不久又推出了ARM3处理器。这个时候已经大名鼎鼎的苹果公司看到了商机，于是想和Acorn公司合作开发。后来双方研究决定另外开设一家新公司，专门设计、研发精简指令集处理器。于是才有了前面提到的ARM公司的成立。ARM公司成立之后所研发的是ARM6型处理器结构，推出之后就被自己的两个东家（苹果和Acorn公司）应用在其新款的产品上。现在好了，我们的ARM处理器结构诞了。一开始ARM公司的处理器自产、自用，可是随后吸引了一大批世界级的芯片生产厂商（也可能是ARM公司邀请他们过来的，谁知道呢）。这些大厂商们正在为处理器市场的弊端而发愁，所以很快双方建立了合作，即ARM公司自己不生产芯片，而是出售其ARM处理器结构的设计方案，各大芯片生产厂商根据设计方案来生产ARM结构的处理器芯片。这是一桩一本万利的生意，各大厂商每生产一片ARM体系结构的处理器，就要向ARM公司支付一笔知识产权费用。仅是出售一套现有的内核方案就需要至少20万美元，如果还需要特殊修改服务则更是需要上千万美元。ARM公司也在不断的升级、完善自己的产品以占据更多的市场份额。目前的32位微处理器市场上，ARM体系结构的产品已经占到7成以上，而且还在增长。ARM公司身体力行，用实践证明了“知识就是财富”这句话的真实性。当然，这还要是在严格保护知识产权、严厉打击盗版的国家和地区才行。
话分两头，单表买家。ARM处理器结构被各大芯片厂商采用，制作出高性能、低功耗的理器，然后推向市场（通常我们叫它“ARM处理器”，还有叫“ARM单片机的”）。这些厂家里包括三星电子（SAMSUNG）、飞思卡尔（Freescale，摩托罗拉旗下公司）、思睿逻辑（CirrusLogic）、爱特梅尔（ATMEL）、恩智浦（NXP，飞利浦旗下公司）、国际商业机器公司（IBM）、德州仪器（TI）、富士通（FUJITSU）和任天堂等，相信这些公司不是脑门发热的家伙，它们选择ARM一定有更长远的考虑。
处理器行业方兴未艾，每天都会有新的技术和方案来满足我们的需求。在低端市场有51单片机等8位处理器来满足我们制作流水灯、电子钟之类的作品，更可以作为控制类产品的开发。它们结构简单、价格便宜、易学易用，是目前电子爱好者热衷的玩艺儿。在高端市场，由x86结构的32位或64位的处理器来构成我们PC机的核心部分。它们性能极高、速度飞快，一边看电影一边聊QQ都不在话下。
而一些需要电池供电的手持设备上，如智能手机、高级游戏机、数码相机、掌上电脑等消费类电子产品却需要一款中端类型的处理器。ARM不是唯一的选择，但却是最好的选择。苹果的iPod、诺基亚N93、索爱K系列手机、戴尔的PDA电脑、任天堂的掌上游戏机、多普达的智能手机、还有国内的一些山寨版电子产品上无不用到ARM的处理器。同时在世界范围内的嵌入式行业也刮起了一股ARM的流行风，ARM的学习教程、开发实验板、开发工具、仿真软件日新月异、层出不穷。许多8051单片机的研发公司也开始向ARM转型，而原本学习8051单片机的技术人员和爱好者也开始追赶流行，开始学习ARM技术。我个人认为这种“追赶时尚”多少存在一些非理性和麻木的因素。单片机行业真的要从8位转向32位吗？ARM全面取代8051是未来市场的趋势吗？作为单片机初学者的你应该怎么办，是紧跟时代脉动，还是专心一门技术？以我个人拙见，根本没有选择的必要，下文中再与你细聊。
ARM最好的选择，但不是唯一的选择，与之竞争的对手也非等闲之辈。最有名的当属英特尔公司出品的XScale处理器（芯片是在2003年前后推出的，2006年英特尔退出嵌入式领域，将XScale处理器部门卖给了Marvell公司），XScale系列处理器从早期英特尔生产的PXA255、XA270到现在Marvell公司生产的PXA300、PXA310、PXA320，从性能上看都相当优秀。XScale处理器曾被应用在掌上电脑和智能手机上（如MOTOE680）。有趣的是，XScale处理器也是在ARMV5TE核心的基础上改进而成的。另外还有飞思卡尔公司的ColdFire（冷火）处理器架构、AIM联盟（苹果、IBM、摩托罗拉的联盟）所研发的PowerPC微处理器架构，以及MIPS技术公司的MIPS32和MIPS64处理器架构。另外还有像AVR32等新型处理器不断推出，这些都是32位嵌入式微处理器，这里就不一一介绍了。表1列出了ARM处理器的系列和应用。请注意表中“应用”这一列，也许你会发现一些熟知的电子产品。之前你在使用它们的时候并没有去想它们的处理器是什么，因为这个问题显得相当神秘，现在你知道了，原来那些看似复杂的产品都有一颗ARM“心”。
最近看到一条新闻，基于ARM处理器的上网本（见图2）将在2010年6月份推出。但因为微软公司的Windows操作系统不支持ARM处理器，所以ARM处理器的上网本将会使用Linux等操作系统。这条新闻预示着ARM开始进军上网本市场，以其特有的实力将笔记本电脑变得更轻巧，未来的智能产品将会超出现在的想象。ARM还可以创造多少奇迹？让我们拭目以待吧。