先來談一下ARM的發展史：1978年12月5日，物理學家赫爾曼·豪澤（Hermann Hauser）和工程師Chris Curry，在英國劍橋創辦了CPU公司（Cambridge Processing Unit），主要業務是為當地市場供應電子設備。1979年，CPU公司改名為Acorn計算機公司。

　　80年代中期，Acorn的一個小團隊要為他們的下一代計算機挑選合適的處理器，根據他們提供的技術需求，在當時的市場上無法找到合適的處理器，于是Acorn決定自己設計一個處理器（真有魄力）。一個小團隊僅僅用了18個月就完成了從設計到實現的全過程，這是一臺RISC指令集的計算機，叫做Acorn RISC Machine（簡稱ARM）。后來Acorn公司沒落了，而處理器設計部門被分了出來，組成了一家新公司。

　　ARM公司主要設計ARM系列AISC處理器內核，它不生產芯片，只提供IP核。先以一個例子解釋一下架構、核、處理器和芯片：S3C2440，這是一款SoC芯片，注意，它不是cpu，2440和我們熟知的51單片機有點類似，都屬于嵌入式，嵌入式的發展到目前經歷了三個階段，分別是SCM、MCU、SoC。51屬于SCM或MCU，而2440就屬于SoC了，先來看看51單片機的內部結構

　　ARM9系列

　　ARM9 系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特點：

　?。?5 級整數流水線，指令執行效率更高。

　?。?提供 1.1MIPS/MHz 的哈佛結構。

　?。?支持 32 位 ARM 指令集和 16 位 Thumb 指令集。

　?。?支持 32 位的高速 AMBA總線接口。

　?。?全性能的 MMU，支持 Windows CE、Linux、Palm OS等多種主流嵌入式操作系統。

　?。?MPU支持實時操作系統。

　?。?支持數據 Cache 和指令Cache，具有更高的指令和數據處理能力。

　　ARM9 系列微處理器主要應用于無線設備、儀器儀表、安全系統、機頂盒、高端打印機、數字照相機和數字攝像機等。

　　ARM9 系列微處理器包含 ARM920T、ARM922T和 ARM940T 三種類型，以適用于不同的應用場合。

　　ARM9E系列

　　ARM9E 系列微處理器為可綜合處理器，使用單一的處理器內核提供了微控制器、DSP、Java

　　應用系統的解決方案，極大的減少了芯片的面積和系統的復雜程度。ARM9E 系列微處理器提供了

　　增強的 DSP 處理能力，很適合于那些需要同時使用 DSP 和微控制器的應用場合。

　　ARM9E 系列微處理器的主要特點如下：

　　－ 支持 DSP 指令集，適合于需要高速數字信號處理的場合。

　?。?5 級整數流水線，指令執行效率更高。

　　－ 支持 32 位 ARM 指令集和 16 位 Thumb 指令集。

　　－ 支持 32 位的高速 AMBA總線接口。

　　－ 支持 VFP9 浮點處理協處理器。

　　－ 全性能的 MMU，支持 Windows CE、Linux、Palm OS等多種主流嵌入式操作系統。

　?。?MPU支持實時操作系統。

　?。?支持數據 Cache 和指令Cache，具有更高的指令和數據處理能力。

　?。?主頻最高可達 300MIPS。

　　ARM9 系列微處理器主要應用于下一代無線設備、數字消費品、成像設備、工業控制、存儲設備和網絡設備等領域。

　　ARM9E 系列微處理器包含 ARM926EJ-S、ARM946E-S 和 ARM966E-S 三種類型，以適用于不同的應用場合。

　　ARM920T的結構與特性

　　三星S3C2440A芯片自稱處理器，但其實它是采用了ARM公司設計的ARM920T CPU加上一些其他組件，然后把它們封裝在一起形成的一個多功能芯片。這里關注的是ARM920T CPU，下面就去看一看它的內部結構。

　　ARM920T CPU結構

　　mini2440開發板采用了S3C2440A芯片，而S3C2440A芯片又采用了ARM公司設計的ARM920T CPU。上次研究了計算平臺—mini2440開發板。發現上面有個叫S3C2440A的黑盒子，并打開了它，發現它里面又有許多黑盒子，并且對其中一些黑盒子做了簡要的介紹，如圖3-1所示。另外，為了便于閱讀，把2-4的圖又搬過來，筆者覺得雖然增加篇幅，但是節省了回去翻書的時間。

　　圖就是S3C2440A這個黑盒子內部結構圖，其實早已看過，不過上次我們沒有繼續拆開它里面的黑盒子。其中有個非常重要的黑盒子—ARM920T，它才是這次要關注的重點，下面打開它，看看它里面又有什么，如圖3-2所示。

　　ARM920T里面的黑盒子以及功能單元如下：

　　1）JTAG：一種調試或者測試芯片的接口，可以通過JTAG接口訪問CPU的內部寄存器和掛在總線上的設備，如Flash、RAM等，我們不必過多關注。

　　2）ARM9TMDI：它才是真正運行程序的。

　　3）指令、數據MMU：包括兩個C13一起處理內存地址映射的。

　　4）指令、數據Cache：包括寫回PATAG RAM、寫緩沖，一起完成高速緩存的功能。

　　5）CP15：這里是用于控制MMU和Cache的，還可以控制別的器件，不同的系統配置下是不同的。

　　6）外部協處理器接口：ARM920T可以加入多達15個協處理器，如增加一個浮點運算處理器等。

　　7）AMBA總線接口：ARM920T內部就是通過它和外部內存及其他設備通信的。

　　不過不需要把所有的東西都弄得一清二楚。我們主要關注4個部分：①CPU內核：和ARM920T內部的其他部件一起工作，用來運行程序。包括操作系統內核和應用程序。②MMU：映射內存，主要用于實現虛擬內存，什么是虛擬內存后面會介紹的。③Cache：緩存內存中的指令和數據，它比內存小很多但快很多，把內存中的一部分內容放在Cache里面，這樣可以加快程序的運行速度，后面也會詳細介紹的。④CP15：它在ARM920T內部稱為協處理器，在這里是專門用于控制MMU和Cache的?？梢钥吹紸RM920T還能通過外部協處理器接口增加其他協處理器。

　　CPU內核對應于圖3-2中的ARM9TMDI。操作系統和應用程序都需要它執行，所以我們寫操作系統內核之前，必須先仔細了解它，以及ARM920T的其他組件。后面會重點研究ARM920T的程序員模型，即指令集、工作模式、寄存器等。

　　MMU對應于圖3-2中的指令MMU、數據MMU。為什么有兩個MMU，通常情況下一個MMU不就夠了嗎？是的，大部分CPU確實只有一個MMU，然而這里有兩個，這是因為ARM920T內部采用了哈佛架構。哈佛架構是一種將程序指令存儲和數據存儲分開的存儲器架構。是一種并行體系架構，指令和數據可以獨立存取，這樣就大大提高了程序的運行性能。

　　Cache對應于圖3-2中的指令Cache、數據Cache，同樣也是因為哈佛架構才會有兩個Cache。它們都是16KB。關于Cache的工作機制，后面會專門介紹，現在只要知道它是用來緩存內存中的數據的，速度比內存快很多。

　　CP15對應于圖3-2中的CP15，稱為協處理器。在ARM920T中，CP15控制著MMU和Cache，比如我們要打開或者關閉MMU、改變地址映射關系、打開或者關閉Cache、鎖定Cache中的內容、使Cache中的數據變為無效等。這些功能都將通過操作CP15協處理器而達到