初识ARM（内核、SoC）

对于刚接触到ARM的人来说，可能仅仅知道ARM是一种内核，是一种处理器（CPU），但是，每当我们思考ARM内核是如何发挥作用、ARM处理器到底有什么用的时候，我们可能就会脑袋空白。当然，作为初学者，我也不想去深究ARM内核的那些五花八门的架构和形形色色的内核版本，因为它们过于复杂，特别是ARM所包含的技术（如流水线、指令集等），所以，我将简单介绍几款常见的ARM内核，以及几种搭载它们的SoC（片上系统，我们平常所说的处理器芯片）。
本文只介绍一些概念，给初学者们（包括我自己）建立一个对ARM比较直观的印象。

ARM内核

介绍几种常见的ARM内核

1.Cortex-M3

很多人学习ARM都是从单片机（MCU）开始的，比如STM32，STM32因为资料比较开放，网上资料丰富，深受广大电子爱好者青睐，STM32采用的就是ARM内核，比如下一章要介绍的STM32F103ZET6的内核版本为Cortex-M3，下图为ARM官网对Cortex-M3的介绍，使用了网页翻译，可能和原文意思有些出入，想看原文的可以访问ST官网相关网页：https://developer.arm.com/ip-products/processors/cortex-m/cortex-m3?_ga=2.2737650.376128369.1630719411-1382392082.1624347417
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由上图，我们可以了解到Cortex-M3的内部结构，下面简单描述一下这些模块：

CPU采用Armv7-M架构；
总线接口为3条哈佛总线；
中断控制器采用嵌套向量中断控制器；
支持多种跟踪技术，如ITM、ETM和ITM;
调试单元包括JTAG和SW，8个断点和4个观察点。

2.Cortex-A7

ARM Cortex™-A7 MPCore™ 处理器是 ARM 迄今为止开发的最有效的应用处理器，它显著扩展了 ARM 在未来入门级智能手机、平板电脑以及其他高级移动设备方面的低功耗领先地位。（来源百度）
Cortex-A7集成的 L2 缓存提供了一个强大的内存系统，其性能比Cortex-A5提高了 20% 以上。
因为它实现了 Armv7-A 架构扩展，Cortex-A7 提供了 40 位物理寻址和增强的硬件虚拟化。
由于支持 32 位丰富的操作系统，包括 Linux，让 Cortex-A7 能够将高级功能和性能带入生活。
目前搭载Cortex-A7内核的芯片包括：i.MX 6ULL（恩智浦）、RK3036（瑞芯微）、A20（全志）、hi3516ev300（华为海思）、MT6589（联发科）、MSM8909（高通骁龙）和STM32MP1（意法）等等，下文将简单介绍i.MX 6ULL芯片的原理框图。

Cortex-A7官方介绍：
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3.Cortex-A53

Cortex-A53是部署最广泛的 64 位 Armv8-A 处理器，它能在更高的能效水平下提供比其前代产品更高的性能，适用于移动、数字电视、汽车、网络、存储和航空航天等广泛应用。

Cortex-A53官方介绍：
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4.Cortex-A72

Cortex-A72 处理器可以在 big.LITTLE 配置中与 Cortex-A53 处理器配对，适用于高端智能手机、大屏幕的移动设备、企业网路设备、服务器、无线基台、数字电视。

Cortex-A72官方介绍：
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什么是SoC芯片

SoC（System on Chip），称为系统级芯片，也称为片上系统，其实我们平常看见的单片机（MCU)、应用处理器芯片、DSP芯片甚至FPGA都能称为SoC，ARM芯片指的是搭载ARM内核（CPU）的SoC。
SoC是一个有专用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。（百度百科）
系统级芯片的构成可以是系统级芯片控制逻辑模块、微处理器/微控制器CPU 内核模块、数字信号处理器DSP模块、嵌入的存储器模块、和外部进行通讯的接口模块、含有ADC /DAC 的模拟前端模块、电源提供和功耗管理模块，对于一个无线SoC还有射频前端模块、用户定义逻辑(它可以由FPGA 或ASIC实现)以及微电子机械模块，更重要的是一个SoC 芯片内嵌有基本软件(RDOS或COS以及其他应用软件)模块或可载入的用户软件等。（百度百科）

用文字描述SoC并不能让我们直观地感受到SoC真正的面目，接下来我来列举几个常见的SoC芯片，它们的内核都是上一章介绍过的。

1. STM32F103ZET6

下图为STM32F103ZET6的系统框图如下图所示，该SoC的组成部分包括：CPU(Cortex-M3)、512Kbyte Flash、64Kbyte SRAM、84byte后备数据、系统时钟模块、数模转换模块、外设接口模块（串口、USB等）和控制模块（定时器、PWM）。
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下图为更加详细的系统框图，描述了SoC各部分模块之间是如何互相控制和传输数据的。

Cortex-M3内核（CPU）通过芯片内部的总线矩阵控制着各个模块，这些模块称为该单片机系统的片上外设（也可称片内外设），因为它们在芯片这个集成电路的内部。比如我们最常用的GPIO，它全部挂载在APB2总线上，通过读写对应的寄存器值即可完成对GPIO的读写操作，其他外设也是类似的道理。

2. i.MX 6ULL

下图为IMX6ULL的系统功能框图，其CPU为Cortex-A7，与STM32F103ZET6的系统框图比较，我们能明显感觉IMX6ULL的功能更丰富，这不仅仅是因为它的CPU运算能力更强，还有一点是该框图中添加了很多外设的接口，比如WLAN、CAN、USB OTG、Ethernet、Keypad和MMC/SD等，由于芯片内部只提供了这些外设的接口，而没有这些功能模块，所以需要外接模块实现特定功能，这类外接的功能模块就成为该SoC的片外外设，但是实现这些功能的总线接口依然属于片内外设。
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3. A133（全志）

下图为全志A133的功能框图，内核为Cortex-A53，该框图只是列举了SoC的功能，并没有将内部架构画出。
与前面的SoC不同的是，随着CPU性能的提高，A133的功能接口又有了新的变化，首先常用的外设接口上有了部分增加，但变化不大，重大的变化体现在多媒体功能。
该SoC内置了显卡（GPU，图像处理单元）,增加了H.264硬件编码和解码，音视频接口也占据了功能框图的近三分之一。
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4. RK3399

RK3399是瑞芯微的芯片里性能最高的芯片，具有很高的性能和高可扩展性，其内核采用big.LITTLE架构，双核Cortex-A72+四核Cortex-A53，GPU采用四核ARM新一代高端图像处理器Mali-T860，总体性能比上一代提高45%。
RK3399的外设接口非常丰富，
常用外设接口方面：集成双USB3.0，串口、SPI、I2C等通信接口的个数是否充足，可以外接很多外设。
多媒体方面：双ISP像素数处理能力高达800MPix/s，支持双摄像头数据同时输入，支持3D、深度信息提取等高阶处理。
显示方面：HDMI2.0接口、H.264/H.264/VP9 4K@60fps高清视频解码和显示。
音频方面：支持8路数字麦克风阵列输入。

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总结

通过对上面这些内核和SoC的了解和学习，我们可以得知ARM只代表处理器芯片的CPU内核，它的性能决定了处理器芯片的总体性能。但是，SoC芯片功能的强大，很大程度上还取决于芯片设计厂商的技术水平，只有将片内外设与内核进行最大程度的适配，同时设计出完美架构，才能设计出优秀的处理器芯片。——以上纯属个人观点，大佬勿喷。