第一部分 概述

在当今移动设备、嵌入式系统乃至服务器领域，ARM 架构已经成为主导力量。从智能手机到物联网设备，从汽车电子到云计算，ARM 无处不在。那么，ARM 架构到底包含哪些内容？它的体系结构、版本演进和产品系列又是怎样的？本文将带你全面梳理 ARM 的架构体系与发展脉络。

1.1 ARM 是什么？

**ARM（Advanced RISC Machine）**是一种基于 RISC（精简指令集计算机） 理念的处理器架构。 它由英国 ARM Holdings（现为 Arm Ltd.）设计并授权，厂商可根据 ARM 的架构规范自定义实现。

与 Intel 的 x86 不同，ARM 不直接生产芯片，而是提供 架构授权（Architecture License） 与 核心授权（Core License），因此 ARM 生态中存在大量第三方设计者（如 Apple、Qualcomm、Huawei、NVIDIA 等）。

第二部分 ARM 架构的层次体系

ARM 的架构可以从三个层面来理解：

2.1 指令集架构（ISA，Instruction Set Architecture）

ISA 是 ARM 的“灵魂”，定义了 CPU 如何理解和执行机器指令。 ARM 的主要指令集体系包括：

架构代号	位宽	说明
ARMv4 / ARMv5	32-bit	早期版本，应用于 ARM9、ARM11 等
ARMv6	32-bit	支持 SIMD、Media 指令，树莓派 1 使用
ARMv7	32-bit	Cortex-A/R/M 系列的基础，广泛应用于智能手机
ARMv8-A	64-bit	引入 AArch64 模式，同时兼容 AArch32
ARMv9-A	64-bit	最新一代架构，强化安全与 AI 能力

2.2 微架构（Microarchitecture）

微架构是指在某一 ISA 下的具体实现方案，决定了性能、功耗和面积。 例如，不同厂商在相同的 ARMv8 架构下可以设计出性能差异巨大的 CPU。

常见的 ARM 官方微架构包括：

微架构	对应系列	典型用途
Cortex-A	应用处理器（Application）	手机、平板、服务器
Cortex-R	实时处理器（Real-time）	汽车控制、工业设备
Cortex-M	微控制器（Microcontroller）	IoT、可穿戴设备
Neoverse	云与边缘计算	数据中心、5G 基站

此外，一些公司拥有 ARM 架构授权，基于 ISA 自研核心，例如：

• Apple：M 系列、A 系列芯片
• Huawei：鲲鹏、昇腾
• NVIDIA：Denver、Grace
• Qualcomm：Kryo、Oryon

2.3 处理器核心（CPU Core）

处理器核心是微架构的具体产品实现。以 ARM 官方的 Cortex 系列为例：

系列	示例核心	特点
Cortex-A	A53 / A55 / A76 / A78 / X1 / X4	高性能应用处理器
Cortex-R	R4 / R5 / R8 / R82	实时可靠性强
Cortex-M	M0 / M3 / M4 / M7 / M33	低功耗、嵌入式领域
Neoverse	N1 / V1 / N2 / V2	面向云计算和服务器

第三部分 ARM 架构的版本演进

ARM 的架构发展经历了多个阶段：

架构版本	主要变化	发布时间
ARMv1–v3	早期版本，仅限内部或实验用途	1980s–1990s
ARMv4/v5	支持 Thumb 指令集，代码密度提高	~2000
ARMv6	引入 SIMD、多媒体加速	2002
ARMv7	推出 Cortex 系列、NEON 指令集	2005
ARMv8-A	引入 64 位（AArch64）支持	2011
ARMv9-A	加强安全（Confidential Compute）、AI/ML 优化	2021

ARMv9 是当前主流旗舰 SoC（如 Snapdragon 8 Gen 系列、Apple M 系列）所采用的架构版本。

第四部分 ARM架构的特点以及生态

4.1 ARM架构的特点

• 低功耗：基于 RISC 设计理念，简化指令执行路径。
• 高性能：通过多核、乱序执行、分支预测等提升效率。
• 可扩展性：从微控制器到超级计算机均可应用。
• 授权灵活：厂商可定制设计，形成差异化竞争。
• 生态丰富：支持 Android、Linux、Windows on ARM、RTOS 等系统。

4.2 ARM 的生态与应用场景

ARM 架构的应用范围极广：

领域	典型产品
移动设备	手机、平板（高通 Snapdragon、苹果 A/M 系列）
嵌入式系统	STM32、NXP、ESP32 等
汽车电子	Cortex-R、M 系列控制器
物联网 (IoT)	Cortex-M、Ethos NPU
服务器与云计算	AWS Graviton、华为鲲鹏、Ampere Altra