ARM的野史和个人理解随手杂记
ARM公司的发展史
1978年12月5日，物理学家Hermann Hauser和工程师Chris Curry，在英国剑桥创办了CPU公司（Cambridge Processing Unit），主要业务是为当地市场供应电子设备。1979年，CPU公司改名为Acorn计算机公司。
80年代中期，Acorn的一个小团队要为他们的下一代计算机挑选合适的处理器，根据他们提供的技术需求，在当时的市场上无法找到合适的处理器，于是Acorn决定自己设计一个处理器。一个小团队仅仅用了18个月就完成了从设计到实现的全过程，这是一台RISC(Reduced Instruction Set Computer)指令集的计算机，叫做Acorn RISC Machine（简称ARM）。后来Acorn公司没落了，而处理器设计部门被分了出来，组成了一家新公司，就是大名鼎鼎的ARM公司。
ARM公司本身不参与终端处理器芯片的制造和销售，而是以IP形式向其他芯片厂商授权设计方案来获取利益。ARM公司提供两类CPU授权：核心指令集（即ARM架构）授权，还有现成的CPU内核设计方案授权。业内多数手机处理器厂商选择直接购买ARM内核设计方案，然后与其他组件（如GPU、多媒体处理、调制解调器等）整合形成完整的SoC片上系统。
需要注意的是，ARM提供的CPU是真正意义上的CPU，即*处理器；而SoC是广义上的CPU，我们日常生活中指的CPU就是广义CPU，即集成了很多组件的SoC，像华为的麒麟系列就是直接用的ARM的Cortex系列内核搭建起来的。
部分厂商是基于现有的架构进行二次定制修改的，比如三星的蜂鸟Hummingbird核心等都是在Cortex-A8的基础上修改的。2011年，三星正式推出Exynos4 Dual 4210芯片(Dual代表双核)和对应的新旗舰手机Galaxy SII，同时也将“蜂鸟”改名为Exynos3 Single 3110(single代表单核)，这正是之后Exynos家族的开端。2016年第一季度，三星发布了Exynos8 Octa 8890（Octa代表8核），它有一个非常重大的意义在于——这是三星第一款拥有自研架构的ARM芯片。所谓的自研架构，也可以称为自研微架构，其实就是自己研究出来类似于cortex-A53，A73等类似的这些公版的核（公版微架构）。
但也有少数手机处理器厂商，如高通，直接在ARM指令集的基础上深度开发自己的处理器微架构，如高通公司的Scorpion和Krait，进而设计自主的CPU，具有更大的灵活性。Scorpion和Krait的角色就和cortex A53和cortex A57的角色类似。Scorpion（蝎子）是高通根据Cortex-A8修改的，关键的特点是同频下更加节能约30%左右，现在的骁龙820以及835采用的是Kryo架构，其中820是Kryo，835是其升级版Kryo280。
ARM的架构和内核
ARM公司开发的是一种微处理器即MPU，实际上就是一个CPU。ARM公司开发的处理器多种多样，其中指令集架构、家族种类和分支等，都有长足的发展。如指令集上从v1版本到v8，家族种类从经典的ARM型到Cortex型，从通用型到现在的A（Application Processors）、R（Real-Time）、M（Microcontroller）型，其发展进程如下：
可以看出，ARM公司的产品发展方向是从经典型向Cortex发展的，同时开辟出了三个分支，分别应用于不同领域。
ARM架构，即ARM的精简指令集，其发展是指其指令集的丰富和变化。发展到现在，ARM的指令本身是32位的，但较新的ARM处理器会有一种Thumb的16位指令模式，这就是器架构在发展和变化。最早出现Thumb指令的处理器是ARM7TDMI，采用的架构从ARM7的v3到v4T，可以看出其架构从ARMv4到ARMv4T的发展。
ARM家族（系列）非常丰富，如ARM7、ARM9TDMI和Cortex-A等，都是不同的家族，其中家族之间的区别在于其工作模式的不同，如ARM7TDMI采用的是3级流水线模式，而ARM9TDMI采用的是5级流水线模式，其中还有很多细节不一样，具体有待深入研究。
ARM的每一个家族系列都由不同的成员，比如ARM9TDMI中就包含了ARM920T、ARM922T和ARM940T等，其中相同点是其内核的工作模式都是采用ARM9TDMI的工作模式，不同之处在于以ARM9TDMI为核心的外围高速缓存和MMU（Memory Managing Unit 内存管理单元）各有区别。另外，对于获得ARM最高授权的第三方厂商，也可以自己修改ARM处理核的架构从而开发出属于自己公司的处理器，如三星、苹果等公司开发的处理器就是基于ARM处理器作出的不同程度的修改和优化，但会归入ARM的某些家族系列，如下图所示：
单片机的发展
单片机（SCM，Single Chip Microcomputer）本义为单片微型计算机，是指一块芯片就能实现运算和控制的功能，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的*处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。
单片机的结构一般如下：
早期的单片机功能比较简单，从4位发展到8位，由于8位单片机的性价比高，在中小规模应用场合占据了主流，是单片机的一个发展方向，典型的代表由Intel公司的51单片机系列，其结构如下图所示。
但单片机的发展不止于此。从以前的8位发展到现在32位甚至是64位，单片机经历了从MCU（微控制器）到SoC（片上系统）的变化。其中MCU阶段中最成功的当属于ST公司的STM32系列。STM32是基于ARM Cortex-M家族的微处理器搭配外围部件形成的芯片。其指令集区别于51系列，是一种RISC（精简指令集）。
至于SoC片上系统，实际上是指单片机发展的更高阶段，是随着IC技术等的提高，系统集成度越来越大，能够将更多组件如图像处理器，DSP和更大存储能力的DRAM和ROM等高度集成在一个芯片上形成一个完整的系统，能在芯片上运行系统级别的代码。
目前SoC是一个单片机的一个发展方向，实际上由于很多的问题尚未解决，比较外设的统一接口，模拟电路和数字电路的不兼容等，SoC还是一项有待发展的技术。但可以看到，随着集成度的越来越高，越来越多的芯片上集成了越来越多的功能单元，如麒麟990上的基带芯片和5G芯片，实际上不是一个MCU本该具有的功能，而是对SoC的追求。类似的情况还有很多。
下图是S3C2440的内部结构图。可以看出，S3C2440是一个近乎完整的系统，集成了以ARM920T为核心的处理器，能够扩展RAM、ROM等存储器，集成了LCD控制器等功能到一块芯片上，同时自带了PLL片上时钟发生器，扩展了多种类型的外设接口，相当于一个完整的计算机系统。所以，可以说S3C2440是一个从MCU到SoC的一个过渡阶段。