ARM

Processor란? (Advanced RISC Machine 또는 Acorn RISC Machine)

일반적으로 프로세서(Processor, ARM 프로세서 포함)란, 이론적으로 메모리에 저장된 명령어들을 실행하는 유한 상태 오토마톤(Finite-State Automaton)을 의미한다.

 

시스템의 상태는 프로세서에 있는 레지스터의 값들과 메모리에 저장된 값들에 의해 결정된다. 각각의 명령어는 이들의 상태 변화를 정의하며 또한 다음번에 실행될 명령어를 결정한다.

 

ARM의 구조의 특징

- ARM은 칩의 기본 설계 구조만 만들고, 실제 기능 추가와 최적화 부분은 개별 반도체 제조사의 영역으로 맡긴다. 따라서 물리적 설계는 같아도, 명령 집합이 모두 다르기 때문에 서로 다른 칩이 되기도 하는 것이 ARM.

 

- 소비자에게는 칩이 논리적 구조인 명령 집합으로 구성되면서, 이런 특성 때문에 물리적 설계 베이스는 같지만 용도에 따라 다양한 제품군을 만날 수 있는 특징이 있다.

 

- ARM은 RISC 설계 기반으로 '단순한 명령집합을 가진 프로세서가 복잡한 것보다 효율적'임을 기반하기 때문에 명령 집합과 구조 자체가 단순하다. 따라서 ARM 기반 프로세서가 더 작고, 효율적이며 상대적으로 느린 것이다.

 

- ARM 프로세서는 전력 소모를 줄여, 배터리로 동작할 수 있게 하려고 작은 다이(die) 사이즈로 설계

 

가격에 민감하여 일반적으로 속도가 느린 저가격의 메모리 소자 사용

 

- RISC 아키텍처가 있는 프로세서는 일반적으로 복잡한 명령 세트 컴퓨팅 (CISC) 아키텍처보다 적은 트랜지스터를 필요로 하여 비용, 전력소비 및 열 방출을 향상시킨다.

=> 이러한 특성은 스마트폰, 랩탑, 태블릿, 기타 임베디드 시스템과 같은 가볍고 휴대가능한 베터리 전원 장치에 바람직하지만 서버와 데스크탑에도 어느정도 유용하다.

 

- ARM은 고성능 MPU와 더불어 다양한 병렬 제어 유닛과 통신 인터페이스를 갖추고 있어 다양한 응용을 지원하는 강력한 아키텍처를 구성하지만 자동체 제어기에서 사용하는 CAN 통신 인터페이스가 없어 제어기로써는 사용되지 않으며 인포테인먼트 요소인 오디오 및 네비게이션에 주로 이용되는 아키텍처.

 

- 메모리, 인터페이스, 라디오, 시스템 온 칩, 시스템 온 모듈 등이 포함된다.

- 임베디드 기기에 주로 사용되는 32bit 프로세서

- 모바일 기기 또는 IoT 디바이스에 많이 사용

- 스마트폰에서 CPU역할을 하는 AP (Application Processor)가 널리 보급되며 인지도가 올라갔다.

ARM은 '생태계'의 하나라고 생각할 수 있다. ARM을 위해 개발된 프로그램은 오직 ARM 프로세서가 탑재된 기기에서만 실행할 수 있다. (ex. 수많은 안드로이드 os가 탄생하고 있는 것)

 

ARM 프로세스 설계 시 고려사항

저전력, 작은 die 사이즈 설계

제한된 메모리를 고려한 코드 직접도

저가격의 메모리 소자 사용

설계 및 제조비용, 주변장치 공간을 위해 임베디드 프로세서가 차지하는 다이사이즈 줄이기

 

RISC/CISC?

RISC(Reduced Instruction Set Computing- 줄여진 명령집합컴퓨터)는 CISC에 비해 명령어구조가 간단하고 명령어 수가 적어 보다 빠르고 효율적으로 처리가 가능

HOST PC (노트북, 데스크탑)에서 사용하는 대부분의 프로세서는 CISC.

CISC는 열이 많이 발생하기 때문에 반드시 열을 내려주는 냉각팬이 필요하지만 RISC는 필요없다 (부피 감소)

따라서 대부분의 임베디드 시스템에서 RISC 아키텍처 선호.