ARM

ARM je v informatice označení architektury procesorů používaných díky své nízké spotřebě elektrické energie zejména v mobilních zařízeních (mobilní telefony, tablety), nyní však proniká i do PC^[1]. Globálně je v roce 2013 ARM nejpočetněji zastoupenou architekturou mikroprocesorů,^[2][3][4] přičemž 60 % mobilních zařízení na světě obsahuje ARM čip. V roce 2013 bylo vyrobeno 10 miliard ARM procesorů, v roce 2014 už 50 miliard.^[5] Vývoj ARM architektury započal v Británii ve firmě ARM Holdings v 80. letech 20. století.

Conexant ARM (procesor používaný hlavně v routerech)

Historie

Firma ARM Holdings (dříve ARM Limited) používala dříve pro ARM architekturu obchodní název Advanced RISC Machine, původně pak Acorn RISC Machine. ARM architektura způsobila v několika směrech revoluci v informačních technologiích.^[zdroj?] Je založen na architektuře RISC, neméně pozoruhodné je, že první procesory ARM byly založeny na GaAs polovodičích, které dovolily na tehdejší dobu velmi vysoké taktovací frekvence. Rovněž použitá 32bitová šířka slova nebyla v době vzniku ARMu samozřejmostí. První mikroprocesor s architekturou ARM byl navržen firmou ARM Limited v roce 1984.

Firma ARM Holdings časem ustoupila od výroby procesorů a místo toho se soustředila pouze na jejich vývoj. Schéma procesorů ARM je tedy „intelektuálním vlastnictvím“ firmy ARM, která jej licencuje výrobcům hardware. Procesory ARM je dnes možné najít ve všech odvětvích spotřební elektroniky od PDA, mobilních telefonů, multimediálních přehrávačů, přenosných herních konzolí, kalkulaček až po počítačové periferie (pevné disky, routery). Procesory ARM mají ve svém výrobním programu desítky výrobců, ve spotřební elektronice se používají např. procesory XScale od firmy Marvell, nebo OMAP od firmy Texas Instruments.

V roce 2006 byla architektura ARM zastoupena v 98 % z více než jedné miliardy každoročně prodaných mobilů.^[6]

Rostoucí význam architektury ARM, jejíž nejvýkonnější zástupci^[7] dnes již mají dostatečný výkon i pro použití v osobních počítačích byl pravděpodobně jedním z impulsů, které přiměly firmu Intel k vývoji nízkopříkonových procesorů Intel Atom. Podle jiných zdrojů byl Intel Atom odpovědí na úsporné mikroprocesory AMD Geode.

Charakteristika

Architektura ARM se nejvýrazněji uplatňuje v mobilních zařízeních (mobilní telefony, tablety) a ve vestavěných systémech (pevný disk, USB flash disk, Wi-Fi čipy, routery apod.). Nízká spotřeba energie při vysokém výpočetním výkonu má zásadní význam hlavně v zařízeních napájených bateriemi, avšak je velkou výhodou také u zařízení pracujících v náročných tepelných podmínkách. Nízkopříkonové procesory totiž nepotřebují složité a přitom relativně nespolehlivé chlazení.

Přehled 32bitových procesorů ARM

Rodina	Architektonická verze	Jádro	Vlastnosti	Cache (I/D)/MMU	Typický výkon v MIPS @ MHz	V použití
ARM1	ARMv1 (zastaralá)	ARM1		Není		ARM Evaluation System druhý procesor pro BBC Micro
ARM2	ARMv2 (zastaralá)	ARM2	Architektura 2 přidala 2 MUL (multiply) instrukce.	None	4 MIPS @ 8 MHz 0.33 DMIPS/MHz	Acorn Archimedes, Chessmachine
	ARMv2a (zastaralá)	ARM250	Integrovaný MEMC (MMU), grafický a IO procesor. Architektura 2a přidala instrukce SWP a SWPB (swap).	Není, MEMC1a	7 MIPS @ 12 MHz	Acorn Archimedes
ARM3	ARMv2a (zastaralá)	ARM2a	První použití procesorové cache u ARM.	4KB unifikovaná	12 MIPS @ 25 MHz 0.50 DMIPS/MHz	Acorn Archimedes
ARM6	ARMv3 (zastaralá)	ARM60	v3 architektura poprvé podporovala adresování 32 bitů paměti (oproti 26 bitům)	Není	10 MIPS @ 12 MHz	3DO Interactive Multiplayer, Zarlink GPS Receiver
		ARM600	As ARM60, cache a sběrnice koprocesor u (pro FPA10 FPU).	4K unifikovaná	28 MIPS @ 33 MHz
		ARM610	As ARM60, cache, žádná sběrnice koprocesoru.	4K unifikovaná	17 MIPS @ 20 MHz 0.65 DMIPS/MHz	Acorn Risc PC 600, Apple Newton 100 series
ARM7	ARMv3 (zastaralá)	ARM700		8 KB unifikovaná	40 MHz	Prototypová CPU karta Acorn Risc PC
		ARM710	As ARM700	8 KB unifikovaná	40 MHz	Acorn Risc PC 700
		ARM710a	As ARM700	8 KB unifikovaná	40 MHz 0.68 DMIPS/MHz	Acorn Risc PC 700, Apple eMate 300
		ARM7100	As ARM710a, integrovaný SoC.	8 KB unifikovaná	18 MHz	Psion Series 5
		ARM7500	As ARM710a, integrovaný SoC.	4 KB unifikovaná	40 MHz	Acorn A7000
		ARM7500FE	As ARM7500, "FE" přidaní řadiče FPA a pamětí EDO.	4 KB unifikovaná	56 MHz 0.73 DMIPS/MHz	Acorn A7000+ Network Computer
ARM7TDMI	ARMv4T	ARM7TDMI(-S)	3stupňová pipeline, Thumb	none	15 MIPS @ 16.8 MHz 63 DMIPS @ 70 MHz	Game Boy Advance, Nintendo DS, iPod, Lego NXT, Atmel AT91SAM7, Juice Box, NXP Semiconductors LPC2000 a LH754xx
		ARM710T	As ARM7TDMI, cache	8 KB unifikovaná, MMU	36 MIPS @ 40 MHz	Psion Series 5mx, Psion Revo/Revo Plus/Diamond Mako
		ARM720T	As ARM7TDMI, cache	8 KB unifikovaná, MMU s Fast Context Switch Extension	60 MIPS @ 59.8 MHz	Zipit Wireless Messenger, NXP Semiconductors LH7952x
		ARM740T	Jako ARM7TDMI, cache	MPU
	ARMv5TEJ	ARM7EJ-S	5stupňová pipeline, Thumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP instrukce
StrongARM	ARMv4	SA-110		16 KB/16 KB, MMU	203 MHz 1.0 DMIPS/MHz	Apple Newton série 2x00, Acorn Risc PC, Rebel/Corel Netwinder, Chalice CATS, Psion Netbook
		SA-1110	As SA-110, integrovaný SoC	16 KB/16 KB, MMU	233 MHz	LART (počítač), Intel Assabet, Ipaq H36x0, Balloon2, Zaurus SL-5x00, HP Jornada 7xx, Jornada 560, Palm Zire 31
ARM8	ARMv4	ARM810[8]	5stupňová pipeline, statická predikce skoku, paměť s dvojnásobnou propustností	8 KB unifikovná, MMU	84 MIPS @ 72 MHz 1.16 DMIPS/MHz	Prototyp CPU karty Acorn Risc PC
ARM9TDMI	ARMv4T	ARM9TDMI	5stupňová pipeline, Thumb	Není
		ARM920T	As ARM9TDMI, cache	16 KB/16 KB, MMU s FCSE (Fast Context Switch Extension)[9]	200 MIPS @ 180 MHz	Armadillo, Atmel AT91SAM9, GP32,GP2X (první jádro), Tapwave Zodiac (Motorola i. MX1), Hewlet Packard kalkulátory HP-49/50, Sun SPOT, Cirrus Logic EP9302, EP9307, EP9312, EP9315, Samsung S3C2442 (HTC TyTN, FIC Neo FreeRunner[10]), Samsung S3C2410 (navigační zařízení TomTom)[11]
		ARM922T	As ARM9TDMI, cache	8 KB/8 KB, MMU		NXP Semiconductors LH7A40x
		ARM940T	As ARM9TDMI, cache	4 KB/4 KB, MPU		GP2X (druhé jádro), Meizu M6 Mini Player[12][13]
ARM9E	ARMv5TE	ARM946E-S	Thumb, Enhanced DSP instrukce, cache	variabiln, těsně spřažené paměti, MPU		Nintendo DS, Nokia N-Gage, Canon PowerShot A470, čipy Conexant 802.11, Samsung S5L2010
		ARM966E-S	Thumb, Enhanced DSP instrukce	žádná cache, TCM		ST Micro STR91xF, zahrnuje Ethernet[14]
		ARM968E-S	As ARM966E-S	žádná cache, TCM		NXP Semiconductors LPC2900
	ARMv5TEJ	ARM926EJ-S	Thumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP instrukce	variabilní, TCM, MMU	220 MIPS @ 200 MHz,	Mobilní telefony: Sony Ericsson série K a W; Siemens a Benq (série x65 a novější); Texas Instruments OMAP1710, OMAP1610, OMAP1611, OMAP1612, OMAP-L137, OMAP-L138; Qualcomm MSM6100, MSM6125, MSM6225, MSM6245, MSM6250, MSM6255A, MSM6260, MSM6275, MSM6280, MSM6300, MSM6500, MSM6800; Freescale i.MX21, i.MX27, Atmel AT91SAM9, NXP Semiconductors LPC3000, GPH Wiz, Marvell Feroceon (ex.: SheevaPlug), NEC C10046F5-211-PN2-A SoC – nezdokumentované jádro v ATi Hollywood, grafickém čipu použitém ve Wii,[15] Samsung S3C2412 použitý v ovladači Squeezebox Duet. NeoMagic MiMagic Family MM6, MM6+, MM8, MTV; Buffalo TeraStation Live (NAS); Telechips TCC7801, TCC7901;ZiiLABS' ZMS-05 SoC.
	ARMv5TE	ARM996HS	netaktovaný, jako ARM966E-S	žádná caches, TCM, MPU
ARM10E	ARMv5TE	ARM1020E	6stupňová pipeline, Thumb, Enhanced DSP instrukce, (VFP)	32 KB/32 KB, MMU
		ARM1022E	As ARM1020E	16 KB/16 KB, MMU
	ARMv5TEJ	ARM1026EJ-S	Thumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP instrukce, (VFP)	variabilní, MMU nebo MPU		Western Digital MyBook II World Edition
XScale	ARMv5TE	80200/IOP310/IOP315	I/O Processor, Thumb, Enhanced DSP instrukce
		80219			400/600 MHz	Thecus N2100
		IOP321			600 BogoMips @ 600 MHz	Iyonix
		IOP33x
		IOP34x	1–2 jádra, akcelerace RAID	32K/32K L1, 512K L2, MMU
		PXA210/PXA250	Aplikační procesor, 7stupňová pipeline		PXA210: 133 and 200 MHz, PXA250: 200, 300 a 400 MHz	Zaurus SL-5600, iPAQ H3900, Sony CLIÉ NX60, NX70V, NZ90
		PXA255		32KB/32KB, MMU	400 BogoMips @ 400 MHz; 371–533 MIPS @ 400 MHz[16]	Gumstix basix & connex, Palm Tungsten E2, Zaurus SL-C860, Mentor Ranger & Stryder, iRex ILiad
		PXA263			200, 300 and 400 MHz	Sony CLIÉ NX73V, NX80V
		PXA26x			standardně 400 MHz, schopný provozu do 624 MHz	Palm Tungsten T3
		PXA27x	Aplikační procesor	32 KB/32 KB, MMU	800 MIPS @ 624 MHz	Gumstix verdex,"Trizeps-Modules" Archivováno 28. 7. 2011 na Wayback Machine. PXA270 COM, HTC Universal, HP hx4700, Zaurus SL-C1000, 3000, 3100, 3200, Dell Axim série x30, x50 a x51, Motorola Q, Balloon3, Trolltech Greenphone, Palm TX, Motorola Ezx Platform A728, A780, A910, A1200, E680, E680i, E680g, E690, E895, Rokr E2, Rokr E6, Fujitsu Siemens LOOX N560, Toshiba Portégé G500, Trēo 650-755p, Zipit Z2
		PXA800(E)F
		PXA3XX (kódové jméno "Monahans")		32KB/32KB L1, TCM, MMU	1000 MIPS @ 1.25 GHz	Samsung Omnia
		PXA900				Blackberry 8700, Blackberry Pearl (8100)
		IXC1100	Control Plane Processor
		IXP2400/IXP2800
		IXP2850
		IXP2325/IXP2350
		IXP42x				NSLU2 IXP460/IXP465
ARM11	ARMv6	ARM1136J(F)-S[17]	8stupňová pipeline, SIMD, Thumb, Jazelle DBX, (VFP), Enhanced DSP instrukce	variabilní, MMU	740 @ 532–665 MHz (i.MX31 SoC), 400–528 MHz	Texas Instruments OMAP2420 (Nokia E90, Nokia N93, Nokia N95, Nokia N82), Zune, BUGbase, Nokia N800, Nokia N810, Qualcomm MSM7200 (s integrovaným koprocesorem ARM926EJ-S na frekvenci @274 MHz, použitým ve Eten Glofiish, HTC TyTN II, HTC Nike), Freescale i.MX31 (použitý v originálním Zune 30gb a Toshiba Gigabeat S), Freescale MXC300-30 (Nokia E63, Nokia E71, Nokia 5800, Nokia E51, Nokia E75, Nokia N97,Nokia 5530, Nokia N81), Qualcomm MSM7201A viděn v HTC Dreamu, HTC Magic, Motorola Z6, HTC Hero, & Samsung SGH-i627 (Propel Pro)
	ARMv6T2	ARM1156T2(F)-S	9stupňová pipeline, SIMD, Thumb-2, (VFP), Enhanced DSP instrukce	variabilní, MPU
	ARMv6KZ	ARM1176JZ(F)-S	As ARM1136EJ(F)-S	variabilní, MMU+TrustZone		Apple iPhone, Apple iPod touch, Conexant CX2427X, Motorola RIZR Z8, Motorola RIZR Z10, NVIDIA GeForce 6100[18]; Telechips TCC9101, TCC9201, TCC8900, Fujitsu MB86H60, Samsung S3C6410, S3C6430[19], Broadcom BCM2835 (single core + VideoCore IV GPU) pro Raspberry Pi 1 (též Raspberry Pi Zero)
	ARMv6K	ARM11 MPCore	As ARM1136EJ(F)-S, 1–4 SMP jádra	variabilní, MMU		Nvidia APX 2500
Cortex	ARMv7-A	Cortex-A5	VFP, NEON, Jazelle RCT a DBX, Thumb-2, 8stupňová pipeline, 1–4 SMP jádra	variabilní (L1), MMU+TrustZone	do 1500 (1.5 DMIPS/MHz)	"Sparrow" (kódové jméno ARM)[20][21][22]
		Cortex-A7	VFPv4, NEON, Jazelle RCT, Thumb-2, 8stupňová pipeline, 1–4 SMP jádra		1.9 DMIPS / MHz	Broadcom BCM2836 (quad core A7 + VideoCore IV GPU) pro Raspberry Pi 2
		Cortex-A8	VFP, NEON, Jazelle RCT, Thumb-2, 13stupňová superskalární pipeline	variabilní (L1+L2), MMU+TrustZone	do 2000 (2.0 DMIPS/MHz v rychlostech od 600 MHz do větších než 1 GHz)	Texas Instruments OMAP3xxx, SBM7000, Oregon State University OSWALD, Gumstix Overo Earth, Pandora, Apple iPod touch (třetí generace), Archos 5, FreeScale i.MX51-SOC, BeagleBoard, Apple iPhone 3GS, Motorola Droid, Palm Pre, Samsung i8910, Sony Ericsson Satio, Touch Book, Nokia N900, ZiiLABS ZMS-08 SoC
		Cortex-A9	Application profile, (VFP), (NEON), Jazelle RCT and DBX, Thumb-2, superskalární spekulativní provádění instrukcí mimo pořadí	MMU+TrustZone	2.5 DMIPS/MHz
		Cortex-A9 MPCore	Jako Cortex-A9, 1–4 SMP jádra	MMU+TrustZone	2.5 DMIPS/MHz (na jádro)	Apple iPad, Texas Instruments OMAP4430/4440, ST-Ericsson U8500, Nvidia Tegra2
	Cortex-A15	Jako Cortex-A9, 1–4 SMP jader s FPU, LPAE (adresuje až 1TB)	MMU+TrustZone, hw virtualizace	2.5 DMIPS/MHz (na jádro)?	?
	ARMv7-R	Cortex-R4(F)	Určené do vestavěných systémů, Thumb-2, (FPU)	variabilní cache, volitelné MPU	600 DMIPS @ 475 MHz	používá Broadcom, TMS570 od Texas Instruments
	ARMv7-M	Cortex-M3	Určení pro mikrokontroléry, pouze Thumb-. Hardwarově oddělené instrukce	žádná cache, volitelné MPU.	125 DMIPS @ 100 MHz	EFM32 od Energy Micro, Texas Instruments Stellaris microcontroller family, ST Microelectronics STM32, NXP Semiconductors LPC1700, Toshiba TMPM330FDFG Archivováno 14. 6. 2011 na Wayback Machine., série EM300 od Ember, Atmel AT91SAM3, Europe Technologies EasyBCU
	ARMv6-M	Cortex-M0 (kódové jméno "Swift")[23]	Určení pro mikrokontroléry, podmnožina Thumb-2 (16bitové Thumb instrukce & BL, MRS, MSR, ISB, DSB a DMB).	Žádná cache.	0.9 DMIPS/MHz	NXP Semiconductors NXP LPC1100[24], Triad Semiconductor [25], Melfas[26], Chungbuk Technopark [27], Nuvoton [28], austriamicrosystems [29]
Cortex-M1		Určené do FPGA, profil pro mikrokontroléry, podmnožina Thumb-2 (16bitové Thumb instrukce & BL, MRS, MSR, ISB, DSB a DMB).	Žádná, těsně spřažená paměť je volitelná.	Do 136 DMIPS @ 170 MHz[30] (0.8 DMIPS/MHz,[31])	Actel ProASIC3, ProASIC3L, IGLOO a Fusion PSC devices, Altera Cyclone III, další FPGA produkty jsou také podporovány např. Synplicity [32]
Rodina	Architektonická verze	Jádro	Vlastnosti	Cache (I/D)/MMU	Typický výkon v MIPS @ MHz	V použití

Přehled 32bitových procesorů ARM (ARMv8)

Rodina	Architektonická verze	Jádro	Vlastnosti	Cache (I/D)/MMU	Typický výkon v MIPS @ MHz	V použití
Cortex-A50	ARMv8-A	Cortex-A32	32bit (ARMv8), výkon podobný 64bitovému A35, energeticky poněkud efektivnější.[33]	?	?	IoT
Rodina	Architektonická verze	Jádro	Vlastnosti	Cache (I/D)/MMU	Typický výkon v MIPS @ MHz	V použití

Přehled 64bitových procesorů ARM (ARMv8)

Rodina	Architektonická verze	Jádro	Vlastnosti	Cache (I/D)/MMU	Typický výkon v MIPS @ MHz	V použití
Cortex-A50	ARMv8-A	Cortex-A35	64/32bit, o 25% energeticky efektivnější než A53.[34] Je o 33% energeticky úspornější a zabírá o 25% menší plochu na čipu než A53.[35]	?	?	low end
		Cortex-A53	64/32bit, provádění instrukcí v (původním) pořadí – in-order (výkon přibližně na úrovni 32bitového Cortex-A9[36]; dále výkonnostní srovnání s Cortex-A7[37])	?	?	low end/mainstream PC, main stream smartfonů; Samsung Exynos Octa + GPU Mali-T830[38]; Qualcomm Snapdragon 610 (čtyřjádro), Qualcomm Snapdragon 615 (osmijádro), oba používají GPU Adreno 405[39] Viz též Rasperry Pi 3.[40]
		Cortex-A57	64/32bit, provádění instrukcí mimo (původní) pořadí – out-of-order (o 56%rychlejší na takt než Cortex-A53)[41][42][43]	?	?	servery/mainstream PC, též v kombinaci s úsporným Cortex-A53
		Cortex-A72	64/32bit, provádění instrukcí mimo (původní) pořadí – out-of-order (o 20-60%rychlejší na takt než Cortex-A57)[44]	?	?	servery/mainstream PC, též v kombinaci s úsporným Cortex-A53[45][46][47][48], GPU Mali-T880. Viz též Raspberry Pi 4.[40]
		Cortex-A73	64/32bit, provádění instrukcí mimo (původní) pořadí – out-of-order; jeho jednovláknový výkon je při přepočtu na plochu čipu momentálně nejvyšší, a až o 30% vyšší než Cortex-A72, při zachování příkonu a zmenšení "otisku" CPU na čipu.[49][50][51][52]	?	?	Prémiová až mainstreamová mobilní zařízení. Virtuální realita. Možno použít s CPU jádry Cortex-A53 nebo Cortex-A35; a GPU jádry Mali-G71.[49][50][51]
	ARMv8.2-A	Cortex-A55	64/32bit, provádění instrukcí mimo (původní) pořadí - in-order (o 18%rychlejší než Cortex-A53).[53]	?	?
		Cortex-A76	64/32bit, provádění instrukcí mimo (původní) pořadí – out-of-order.[54]	L1 I-cache/D-cache 64KiB; L2 cache 128 až 512KiB; L3 cache volitelná, 512KiB až 4MiB.	Výkon jednojádrově Raspberry Pi 5 774, čtyřjádrově 1588; oproti Raspberry Pi 4, které má jednojádrově 340, čtyřjádrově 723.[55][56]	Viz též Broadcom BCM2712: Raspberry Pi 5; s GPU jádry VideoCore VII GPU, podporující OpenGL ES 3.1, Vulkan 1.2.[57]
Rodina	Architektonická verze	Jádro	Vlastnosti	Cache (I/D)/MMU	Typický výkon v MIPS @ MHz	V použití

Přehled procesorů ARMv9

Rodina	Architektonická verze	Jádro	Vlastnosti	Cache (I/D)/MMU	Typický výkon v MIPS @ MHz	V použití
Cortex-X2	ARMv9-A	Cortex-A510	3x in-order pipeline, trojitý výběr, dekódování a provádění instrukcí; 3x ALU	?	?	Následovník Cortex-A55, o 35% vyšší výkon, o 20% vyšší energetická efektivita. "LITTLE" - doplněk Cortex-A710[58][59]
		Cortex-A710	5x out-of-order pipeline, pětinásobný výběr, dekódování a provádění instrukcí; 4x ALU	?	?	Následovník Cortex-A78, o 10% vyšší výkon, o 30% vyšší energetická efektivita, 2x strojové učení. "big" - doplněk Cortex-A510[58][59][60]
Rodina	Architektonická verze	Jádro	Vlastnosti	Cache (I/D)/MMU	Typický výkon v MIPS @ MHz	V použití

Charakteristika architektury ARM

• přístup do paměti pouze instrukcemi Load/Store
• částečné překrývání vnitřních registrů
• možnost podmíněného vykonání instrukcí
• jednoduchý a výkonný instrukční soubor, jednoduše využitelné kompilátory vyšších programovacích jazyků

Procesory ARM podporují dva adresové módy. Můžeme adresovat buď prostřednictvím čítače instrukcí, nebo pomocí bázové adresy uložené v jednom z vnitřních registrů. Do paměti lze přistupovat pouze instrukcemi Load/Store (Load-Store Architecture) výrazně zjednodušuje výkonnou jednotku (Execution Unit) procesoru, protože pouze několik instrukcí pracuje přímo s pamětí. Většina instrukcí pracuje s vnitřními registry.

ARM procesory podporují dvě úrovně priority přerušení s dvěma zaměnitelnými bankami registrů. Nejkratší doba provedení požadavku na přerušení je poskytována režimem rychlého přerušení FIQ (Fast Interrupt Request). Druhý typ přerušení je IRQ (Interrupt Request), který se používá pro obsluhu přerušení nevyžadujících extrémně krátké doby odezvy nebo v případě, že vlastní obsluha přerušení je oproti době reakce procesoru mnohonásobně delší.

Architektura procesoru ARM

Procesor ARM obsahuje 44 základních instrukcí s jednotnou šířkou 32 bitů. V jednom taktu se vykonávají pouze instrukce pracující s aritmeticko-logickou jednotkou (ALU), s registry nebo s přímými operandy.

Procesor pracuje ve čtyřech základních režimech:

• uživatelský režim USR
• privilegovaný režim supervizora SUP
• privilegovaný režim přerušení IRQ
• privilegovaný režim rychlého přerušení FIQ

V procesoru je obsaženo 25 částečně se překrývajících 32bitových registrů (15 registrů je univerzálních a zbývajících 10 má speciální funkce), z toho 16 registrů je v každém režimu činnosti programově přístupných.

Množina registrů procesoru

Režim	Mód	Registry							Poznámka
Uživatelský	0	R0 až R9	R10	R11	R12	R13	R14	R15 (PSW)
Rychlé přerušení	1		R10 FIQ	R11 FIQ	R12 FIQ	R13 FIQ	R14 FIQ		Privilegované
Přerušení	2		R10	R11	R12	R13 IRQ	R14 IRQ
Supervisor	3		R10	R11	R12	R13 SVC	R14 SVC

Registry R0 až R13 jsou přístupné v uživatelském režimu pro libovolný účel. Registr R14 je určen výhradně pro uživatelský režim. Pět registrů je speciálně určeno pro režim rychlého přerušení (FIQ). Je-li procesor v režimu FIQ, je těchto pět registrů mapováno do registrů R10 až R14. V registru R14 je uložena návratová adresa do přerušeného programu. Další dva registry jsou určeny pro režim přerušení (IRQ) a v tomto režimu překrývají registry R13 a R14 uživatelského režimu. Další dva registry jsou určeny pro privilegovaný režim supervizora. Poslední registr R15 obsahuje stavové slovo procesoru a čítač instrukcí, který je sdílen všemi režimy činnosti. Významově nejvyšších 6 bitů PSW obsahuje stav procesoru, dalších 24 bitů představuje čítač instrukcí a významově nejnižší dva bity obsahují aktuální režim činnosti procesoru.

Specifika procesoru ARM

Jak bylo uvedeno, procesor obsahuje množinu částečně se překrývajících registrů, takže v případě přerušení nemusí být proveden kompletní úklid registrů. V případě režimu rychlého přerušení FIQ je zkrácení doby odezvy procesoru dosaženo použitím čtyř lokálních univerzálních registrů a jednoho registru s návratovou adresou. Tyto registry mohou obsahovat všechny ukazatele a různé čítače používané v jednoduchých procedurách obsluhy vstupů a výstupů, takže lze dobře dosáhnout velmi rychlého opakovaného přepínání procesoru mezi uživatelským režimem a režimem „rychlého přerušení“.

Procesor je dále schopen obsloužit následující přerušení:

• chyba v adresování (Address Exception Trap)
• chyba při čtení, nebo zápisu dat do vnější paměti (Data Fetch Cyrcle Aborts)
• chyba při čtení instrukce z vnější paměti (Instruction Fetch Cyrcle Aborts)
• přerušení programovými prostředky (instrukce SWI)
• nedefinovaný kód instrukcí (Undefined Instruction Traps)
• reset procesoru

Procesor poskytuje 26bitovou adresu lineární operační paměti, což umožňuje adresovat 64 MiB fyzické paměti. Odkaz na data mimo rozsah způsobí přerušení chyby adresování (Address Exception Trap).

Vektory obsluh jednotlivých přerušení

Adresa	Funkce	Priorita
000 0000	Reset	0 (nejvyšší)
000 0014	Chyba adresace	1
000 0010	Abort (datový)	2
000 001C	Rychlé přerušení (FIQ)	3
000 0018	Přerušení (IRQ)	4
000 000C	Abort (instrukční)	5
000 0004	Nedefinovaný instrukční kód	6
000 0008	Softwarové přerušení	7 (nejnižší)

Instrukční soubor procesoru ARM

Instrukční soubor můžeme rozdělit na skupiny:

• instrukce zpracování údajů – zpracování registrových operandů, zpracování přímých operandů, nastavení podmínkového kódu a instrukce aritmeticko-logické
• instrukce jednoduchého přenosu údajů
• instrukce blokového přenosu údajů – instrukce vykonávají přenos mezi skupinou registrů a spojitou oblastí paměti, přičemž jeden registr je použit jako směrník
• instrukce větvení a větvení s uchováním návratové adresy (tyto instrukce odkládají PSW do R14)
• instrukce přechodu do privilegovaného režimu supervizora, které zahrnují i programové přerušení

Všechny instrukce mají čtyřbitový prefix, který zajišťuje podmíněné vykonání samotné instrukce. Instrukce zpracování údajů pracují pouze nad souborem vnitřních registrů a každá z těchto instrukcí obsahuje reference na tři operandy: jeden cílový a dva zdrojové.

Instrukce přenosu údajů jsou použity k přenosu dat mezi pamětí a souborem registrů (Load) a naopak (Store). Efektivní adresa je vypočtena součtem obsahu zdrojového registru a posuvu (offset) daného 12bitovou konstantou nebo obsahem dalšího registru. Posuv (offset) může být přičítán k indexovému registru nebo od něj odčítán. Instrukce přenosu údajů mohou pracovat jak s jednotlivými byty, tak s dvojitým slovem (Double Word, 32bitů). Byte přečtený z paměti je uložen do významově nejnižších 8bitů cílového registru a zbytek obsahu je zaplněn nulami.

Instrukce blokového přenosu zabezpečují přenos několika registrů jednou instrukcí. Instrukce obsahuje pole bitů, z nichž každý odpovídá jednomu registru viditelnému v daném režimu. Bit 0 odpovídá R0, bit 1 odpovídá R1, atd.

Instrukce programového přerušení jsou použity především pro přechod do privilegovaného režimu supervizora. PSW je ukládáno do registru R14 režimu supervizora a hodnota čítače instrukcí je dána adresou softwarového přerušení.

Velikost stránky paměti

ARMv8 (AArch64) má v 64bitovém režimu volitelnou velikost stránky paměti 4, 16 nebo 64 KiB. Standardní velikost je 4 KiB. Větší stránky paměti jsou používány v serverovém a HPC prostředí^[61] a v systému Android 15,^[62] kde 16 KiB stránky poskytují zvýšení výkonu o 5 až 10 % na úkor zvýšení využití operační paměti RAM o asi 9 %.