前言

比起那些耳熟能詳的半導體巨頭公司，對於大多數人來說， ARM 公司就顯得較爲陌生了，但我相信你所使用的手機中必定有 ARM 的痕跡。

自從進入21世紀，智能手機開始崛起。NoKia （諾基亞）退出手機市場， iPhone（蘋果）和Android（安卓）手機強勢搶佔市場。智能手機的浪潮成就了ARM公司，令其生存於衆巨頭半導體公司構成生態圈下的核心位置。當然ARM獨特的生存方式和優秀的設計也成爲了市場的巨大推動力。不得不說，當下移動互聯網的發展迅速得益於ARM公司。那麼ARM到底是怎麼樣的一家公司？希望本篇博文能或多或少給你一點啓示。

ARM歷史

1978 年 12 月 5 日，物理學家 Hermann Hauser 和工程師 Chris Curry 在英國劍橋創辦了 CPU 公司（Cambridge Processing Unit，劍橋處理器），當時的主要業務是爲當地市場供應一些電子設備。

1979 年 CPU 公司更名爲 Acorn（橡果，音譯爲艾康），這時候 Acorn 還沒有屬於自己的 CPU（Central Processing Unit，中央處理器）設計。由於嫌棄當時使用的 Motorola（摩托羅拉）的芯片性能不佳且價格昂貴，Acorn 向當時的另外一家公司 — Intel，即現在的 PC 機市場巨頭討要 1982 年其推出的 80286 芯片設計，但是遭到了拒絕。於是乎，Acorn 開始設計自家的 CPU。

1985 年，ARM 設計出了第一代處理器，並用其開發了一臺計算機，命名爲 Acorn RISC Machine，縮寫就是 ARM，這是 ARM 名字最早的由來。 1990 年 11 月 27 日， Acorn 公司正式改組爲 ARM 計算機公司。ARM 的全稱改爲 Advanced RISC Machine，就是我們今天知道的 ARM 公司了。

這裏有必要簡單解釋一下 RISC， RISC 的全稱是 Reduced Instruction Set Computer（精簡指令集計算機），它支持的彙編指令比較簡單，功耗小。與之相對的就是 CISC, 即 Complex Instruction Set Computer（複雜指令集計算機），它所支持的指令便較爲複雜了。在 PC 機領域最具代表性的就是 Intel 和 AMD。

ARM授權方式

說回 ARM， ARM 公司在成立之初，它的業務並不景氣。它沒有能力擁有像 Intel 一樣從 CPU 的設計到芯片的生產和售賣這樣完整的生產鏈。於是 ARM 公司作了一個重大的決定：只做處理器的設計，而不自主生產芯片。通過IP（Intellectual Property，知識產權）授權方式把方案賣給其他公司。這一冒險的方式卻令 ARM 公司獲得了巨大的成功。到現在，使用 ARM 公司方案的公司有 IBM（國際商業機器公司）、 Apple（蘋果）、 Qualcomm（高通）、 Samsung（三星）、 TI（德州儀器）、 ST（意法半導體）、 Sony（索尼）、 HP（惠普）等一些著名的公司。中國授權有華爲海思、全志、臺積電、聯發科等。

針對公司的具體情況，可以從ARM公司購買不同的授權方式。最主要的授權方式可以根據用戶的選擇餘地從低到高分爲三種：處理器優化包 / 物理 IP 包授權（POP）、處理器授權、以及架構 / 指令集授權。

處理器優化包 / 物理 IP 包授權（POP）是三種授權方式中等級最低的，但適用於快速開發。用戶可以直接使用 ARM 優化過的處理器方案。處理器類型、代工廠、工藝都是規定好的。用戶可以快速地開發出產品，使用的代價也較低，當然供用戶自己發揮的餘地是幾乎沒有的。

擁有處理器授權的用戶可以購買已經設計好的 ARM 處理器圖紙，但用戶只能照着圖紙實現，能發揮的地方不多。用戶能決定的是設計成什麼規格的芯片。比如配置哪些模塊、增加那些外設、使用幾個核心、設計多少緩存、多高的頻率、使用什麼工藝、誰來代工等等。

第三種授權方式就是架構 / 指令集授權了，這種授權方式等級是最高的，用戶可以僅購買 ARM 的架構 / 指令集（ARMv7、ARMv8)，然後設計自己的 SoC （System on a Chip，片上系統）。在全球擁有 ARM 這種授權方式的爲數不多，我們較爲熟知的有Apple、 Qualcomm。中國華爲海思在 2013 年獲得這種授權方式， 2016 年上海華芯通也獲得了 ARM 架構授權。

有趣的是， ARM 公司在這樣的生存方式下成爲了半導體界的「地產開發商」，有實力的公司購買「地皮」，自行設計「建築」；還有一些則購買「毛坯房」，自行「裝修」；想要最快「入住」的則直接購買「精裝房」。

ARM產品

說完授權方式，重點來說下ARM公司有哪些設計產品：

（下面部分有轉載內容，詳細見參考資料 [2]。）

1985 年， ARMv1 架構誕生，該版本架構只在原型機 ARM1 出現過，也就是上文提到的 ARM 首臺自主研發的計算機，只有 26 位的尋址空間（64MB），沒有用於商業產品，但是卻具有里程碑意義。
1986 年， ARMv2 架構誕生，首顆量產的 ARM 處理器 ARM2 就是基於該架構，包含了對 32 位乘法指令和協處理器指令的支持，但同樣只有 26 位的尋址空間。其後還出現了變種 ARMv2a架構， ARM3 即採用了 ARMv2a，是第一片採用 On-Chip Cache（片上高速緩存）的 ARM 處理器。
1990 年， ARMv3 架構誕生，第一個採用 ARMv3 架構的微處理器是 ARM6 以及 ARM7 ，其擁有On-Chip Cache、 MMU（Memory Management Unit，存儲器管理單元）和 Write Cache（寫緩衝），尋址空間從原來的 26 位增大到 32位（4 GB 的尋址大小）。
1993 年， ARMv4 架構誕生，這個架構被廣泛使用， ARM7TDMI、 ARM8、 ARM9TDMI 和StrongARM 採用了該架構。 ARM 在這個系列中引入了 T 變種指令集，即處理器可工作在 Thumb 狀態，增加了 16 位的 Thumb 指令集。
1998 年， ARMv5 架構誕生，ARM7EJ、 ARM9E、 ARM10E 和 Xscale 採用了該架構。這版的架構改進了 ARM / Thumb 狀態之間的切換效率。此外還引入了 DSP 指令和支持 Java 的功能。
2001年， ARMv6 架構誕生， ARM11 採用的是該架構，這版架構強化了圖形處理性能。此外 ARM 在這個系列中引入了混合 16 位 / 32 位的 Thumb-2 指令集。
2004年，ARMv7 架構誕生，從這個時候開始 ARM 以 Cortex 來重新命名處理器， Cortex-M3 / 4/ 7，Cortex-R4 / 5 /6 / 7，Cortex-A8 / 9 / 5/ 7/ 15 /17都是基於該架構。這三種系列面向的對象不同：「A」（Applicational ）系列面向尖端的基於虛擬內存的操作系統和用戶應用；「R」（Real-time）系列針對實時系統；「M」（Micro-）系列針對微控制器。
2006 年， ARM 宣佈收購 Falanx。這是 ARM 進軍 GPU 處理器的標誌。
2007 年，在 ARMv6 基礎上衍生了 ARMv6-M 架構，該架構是專門爲低成本、高性能設備而設計，向以前由 8 位設備占主導地位的市場提供 32 位功能強大的解決方案。 Cortex-M0 / 1 /0+ 採用了該架構。同時 ARM 首次以 ARM 品牌推出了 Mali-200 GPU，然後是 Mali-400 GPU，均基於 Utgard 架構。
2010年， ARM Mail 推出 Midgard 架構，產品包括 Mali-T604、 Mali-T700、 Mali-T800，最多可以做到 16 核心。
2011 年， ARMv8 架構誕生，這是 ARM 公司首款能支持 64 位指令集的處理器架構。
2016年，剛剛過去的一年裏 ARM 公司也推出了一系列的處理器，同時推出了全新的 GPU 架構 Bifrost 架構，並在此架構上推出了 Mail-G71。與 Mail-DP、 Mail-V 系列構成了 Mali Multimedia Suite（Mali多媒體套件）。
……

這裏談一下個人對架構和核心的概念理解。有些人也喜歡將核心等同於架構，個人喜歡分開來講，這樣比較容易搞清楚 ARM7 和 ARMv7 的區別：

架構：指令集體系結構。 ARM 公司從成立到現在一共發佈了 8 種指令集體系結構，即 ARMv1～ARMv8架構。

核心：基於架構開發出的處理器核心，比如ARM7、ARM9、ARM11、Cortex-A9等等。

市場上基於ARM的SoC

說完了這些，我想你可能對 ARM 公司有了一定的瞭解，我們再來說說市場上一些流行手機搭載的 SoC ，我想你就會明白 ARM 在其中扮演了一個怎麼樣的角色。

首先是 Apple ， Apple 是 ARM 架構授權的擁有者。它所推出的 iPhone 不直接使用 ARM 設計的處理器核心。而是自行設計 CPU，一年設計一款 CPU。 iPhone7 系列手機於 2016 年剛剛推出，它搭載的 A10 Fusion 處理器便是基於 ARMv8-A 架構。還有之前的 Apple A8 Typhoon、 Apple A9 Twister 也是基於 ARMv8-A 架構的。 Apple自行設計出的這一款 A10 處理器可謂之爲現存最強 SoC。

然後是龐大的 Android 陣營，對應的 SoC 廠商就比較多了，首先是 Qualcomm（高通），它設計的 SnapDragon（驍龍）系列 SoC 在 Android 市場上佔據的份額着實不小。拿幾款這幾年比較熱門的 SnapDragon 處理器來說：

SnapDragon 800 Krait，基於 ARMv7-A 架構；
SnapDragon 810，基於 ARMv8-A 架構，但不是自主設計核心，而是使用了 Cortex-A57 （大核心 Cortex-A15 的升級版）和 Cortex-A53（小核心 Cortex-A7 的升級版）大小核心，即很有名的 Big.Little 模式；
SnapDragon 820 Kryo 放棄了這種大小核心模式，而是基於 ARMv8 架構，參照部分 Cortex-A72 核心設計了SoC。

除次之外還有 Samsung 設計的 Exynos 系列處理器，華爲自主設計的 Kirin 系列處理等等，它們所設計的 SoC 都是基於 ARM 架構。當然了，縱使使用了同一種架構或者核心，不同廠商設計出的 SoC 性能必然是不同的，所以我們選擇手機時會更關注是哪個公司設計的 SoC，而不會更關注使用了 ARM 的哪種架構或者核心。

後記

雖然 2016 年 ARM 被日本軟銀收購，但是這並不意味着 ARM 沒落了， ARM 在物聯網時代必定會佔據很重要的角色，就讓我們拭目以待吧。ARM 的那些事兒就說到這了，雖然感覺還是有很多沒說完，不過再說下去就真的說不完了，還是留點空白給未來的 ARM 吧。

-----------------------------------------------------瀟灑的分割線-------------------------------------------------------

寫在後面的話：

寫這篇博文的時候萌生出一個想法，乾脆寫一個系列吧，把那些著名公司的事兒講個遍。冷靜下來想想，這還是一個挺漫長的過程，希望慢慢完成它吧。這是我在 CSDN 上寫的第一篇博文，寫得不好之處，敬請諒解，歡迎指正。之所以萌生了寫博文的想法，無非是想要對得起自己所學罷了。一直有在電腦上寫筆記的習慣，不過往往都是寫完了就丟在硬盤的某個角落裏了，如果把它們整理出來想必也是一筆不小的「財富」，整理到博客上倒是一個不錯的選擇，在寫博文當中也算是再次學習吧。只不過礙於工作和學習時間的問題，也不知道自己能做到多少，恩，努力吧……

2017 年 1 月 16 日

Kilento

附：2016年ARM公司產品