编辑“︁ARM架构”︁

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'''ARM架构'''（Advanced RISC Machine）是一种基于[[精简指令集计算]]（RISC）原则设计的处理器架构，由英国ARM公司（现为软银集团旗下公司）开发。该架构以其高效能、低功耗特性著称，广泛应用于移动设备、嵌入式系统和物联网设备中。

== 发展历史 ==
ARM架构的发展历程主要分为以下几个阶段：
* '''1983-1990'''：Acorn计算机公司开发出ARM1原型芯片
* '''1991'''：ARM6作为首款商用处理器发布
* '''2000s'''：Cortex系列推出，形成A/R/M三大产品线
* '''2011'''：首款64位架构ARMv8发布
* '''2020s'''：ARMv9架构引入机器学习与安全增强特性

== 技术特点 ==
ARM架构的核心技术特征包括：
* '''RISC设计'''：固定长度指令集（32位或64位）
* '''负载/存储架构'''：数据处理仅针对寄存器内容
* '''条件执行'''：多数指令支持条件判断
* '''多级流水线'''：从3级到15+级不等
* '''Thumb指令集'''：提供16位压缩指令提高代码密度

=== 能效公式 ===
ARM的能效优势可通过以下公式量化：
<math>
\text{能效比} = \frac{\text{性能(DMIPS)}}{\text{功耗(mW)}} \times \text{面积效率(mm}^2\text{)}
</math>

== 产品系列 ==
ARM处理器主要分为三大系列：

<mermaid>
pie
    title ARM处理器应用分布
    "Cortex-A(应用处理器)" : 45
    "Cortex-R(实时处理器)" : 20
    "Cortex-M(微控制器)" : 35
</mermaid>

=== Cortex-M系列 ===
专为[[微控制器]]设计，典型代表包括：
* '''M0/M0+'''：超低功耗入门级
* '''M3'''：平衡性能与功耗
* '''M4'''：带DSP和浮点单元
* '''M7'''：高性能微控制器

=== 开发工具 ===
与51单片机开发工具对比：
{| class="wikitable"
|-
! 工具类型 !! ARM工具链 !! 51单片机工具链
|-
| 集成开发环境 || Keil MDK、IAR Embedded Workbench || Keil μVision
|-
| 编译器 || ARMCC、GCC-ARM || C51
|-
| 调试器 || J-Link、ST-Link || WAVE
|-
| 编程方式 || SWD/JTAG接口 || ISP编程
|}

== 应用领域 ==
ARM架构的典型应用包括：
* '''移动设备'''：智能手机/平板电脑应用处理器（如[[骁龙]]系列）
* '''嵌入式系统'''：工业控制、汽车电子
* '''物联网'''：传感器节点、智能家居设备
* '''服务器'''：云计算基础设施
* '''超级计算机'''：如富士通[[富岳]]

== 编程示例 ==
以下是ARM Cortex-M的简单GPIO控制代码：
<syntaxhighlight lang="c">
#include "stm32f4xx.h"

int main(void) {
    // 启用GPIOD时钟
    RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_GPIODEN;
    
    // 配置PD12为输出模式
    GPIOD->MODER &= ~(3 << (12*2));
    GPIOD->MODER |= (1 << (12*2));
    
    while(1) {
        GPIOD->ODR ^= (1 << 12); // 切换LED状态
        for(int i=0; i<1000000; i++); // 简单延时
    }
}
</syntaxhighlight>

== 与51单片机对比 ==
{| class="wikitable"
|-
! 特性 !! ARM Cortex-M !! 51单片机
|-
| 架构 !! RISC !! CISC
|-
| 位宽 !! 32/64位 !! 8位
|-
| 主频 !! 数十至数百MHz !! 通常<50MHz
|-
| 功耗 !! 动态功耗管理 !! 固定功耗模式
|-
| 开发复杂度 !! 较高 !! 较低
|}

== 未来发展趋势 ==
* '''AI加速'''：集成神经网络处理器
* '''安全增强'''：TrustZone技术普及
* '''异构计算'''：big.LITTLE架构扩展
* '''工艺演进'''：向3nm及更先进制程发展
* '''RISC-V竞争'''：开源架构带来的市场变化

== 参见 ==
* [[RISC-V]] - 开源RISC指令集架构
* [[x86架构]] - 主流PC处理器架构
* [[单片机]] - 单芯片微型计算机系统
* [[嵌入式Linux]] - 基于ARM的嵌入式操作系统

[[Category:计算机架构]]
[[Category:微处理器]]
[[Category:嵌入式系统]]
[[Category:英国发明]]