ARM最初的簡稱是Acorn RISC Machine。Acorn公司創立于1978年,總部位于劍橋。1983年10月,Acorn啓動了代号爲Acorn RISC的項目。1985年4月26日,第一(yī)顆Acorn RISC處理器——ARM1誕生(shēng)。次年ARM2量産,ARM2具有32位的資(zī)料總線、26位的尋址空間,并提供64M byte的尋址範圍與16個32-bit的暫存器。ARM2與現今大(dà)多數的 CPU不同,它沒有包含任何的快取。
個精簡的特色使它隻需消耗很少的電(diàn)能,卻能發揮比Intel IA架構處理器更好的效能。
爲了避免與Intel的正面交鋒,ARM處理器的理念設定爲low-cost, low-power和high-performance。也因爲這一(yī)理念使ARM處理器從誕生(shēng)就與網絡通信領域結成不解之緣,初期的成長步伐是極其緩慢(màn)的,陸續發布的ARM3與ARM5并沒有激起波瀾,隻有爲數不多的公司選擇ARM3處理器開(kāi)發産品。
1990年11月,Acorn,Apple和VLSI共同出資(zī)創建了ARM公司。Acorn RISC Machine也正式更名爲我(wǒ)們現在衆所周知(zhī)的Advanced RISC Machine。
1995年,ARM7處理器引起了當時的處理器巨頭DEC的關注。DEC獲得了ARM架構的完整授權并研發出新一(yī)代的ARM處理器StrongARM。StrongARM使用5級順序執行的流水線,分(fēn)離(lí)了指令和數據Cache,添加了DMMU和IMMU功能部件,每個MMU中(zhōng)包含32個全互連結構的TLB,添加了16級深度的Write Buffer。至此ARM處理器才真正完成了從微控制器到微處理器的華麗轉身。
二、蝶變——Intel XScale處理器
1997年11月27日,Intel花費(fèi)了625M美金購買DEC StrongARM。Intel爲StrongARM起了一(yī)個炫目的名字XScale,強勢進軍嵌入式領域。
Intel XScale核心與ARM V5T Thumb指令集完全兼容,基于Intel 0.18微米工(gōng)藝技術的Intel XScale處理器的處理速度是原StrongARM處理速度的兩倍。
XScale處理器能夠稱雄當時的網絡安全領域,除了因爲其硬件體(tǐ)系結構采用高速的接口技術和總線規範,具有較高的I/O能力和包處理能力,最重要的原因還在于XScale專門爲處理數據包添加的可編程設計。這一(yī)設計可以直接完成網絡分(fēn)組數據處理任務。因爲XScale的這一(yī)特性,甚至還産生(shēng)了一(yī)個專用名詞——網絡處理器(NP,Network Processor)。
網絡處理器具有以下(xià)特點:
● 針對數據分(fēn)組處理,采用優化體(tǐ)系結構、專用精簡指令集、硬件加速單元,滿足數據分(fēn)組高速處理要求;
● 支持軟件編程更新,能夠迅速實現新的标準、服務、應用,滿足網絡業務複雜(zá)多樣化需求,靈活性好;
● 具有軟件升級能力,滿足用戶設備硬件投資(zī)保護需求。
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網絡通信領域應用最廣,客戶接受度最好的應該要數Intel IXP425(見圖1)這款低端網絡處理器了。Intel IXP425處理器使用了XScale作爲核心,并且集成三個網絡處理器引擎(NPE,Network Processor Engine),NPE是專門針對網絡應用設計的,每個NPE引擎還連有一(yī)定的協處理器,這些協處理器專注于加速某一(yī)特定網絡任務,其功能包括:IP頭檢查和修改、數據包過濾、數據包錯誤檢查、校驗和計算、插入和删除标記、PDU分(fēn)割和組合以及加密。而這些特定功能恰恰都是低主頻(pín)的XScale内核較難應付的。XScale内核和三個NPE都以并行方式執行其指令流,進一(yī)步提高了網絡數據處理效率,滿足高速網絡的需要。
Intel IXP425網絡處理器還在NPE軟件庫中(zhōng)設計了“快速路徑”——Fast Path,爲寬帶應用提供了絕佳的方案。快速路徑優點是可以在不通過Intel XScale核心的情況下(xià),将不檢查的IP數據包直接從入口端NPE傳遞到出口端NPE。由于大(dà)多數IP數據包都是簡單的從WAN傳遞到以太網LAN,因此通過将這些數據流分(fēn)離(lí)到Intel IXP425中(zhōng)的NPE中(zhōng),大(dà)大(dà)提高了NP網絡數據的處理能力,特别是在NAT、Firewall等對數據處理運算要求不高的應用,IXP425都可以達到非常優越的性能。
在20世紀末,基于網絡處理器IXP425的網關設備(見圖2)無論在吞吐率還是延遲上都具有絕對優勢,利用其開(kāi)發的低端網絡安全産品使國内安全設備廠商(shāng)快速的縮短了與國外(wài)廠商(shāng)的差距,填補了國内産品在低端市場上的空白(bái)。
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三、涅磐——Marvell Sheeva處理器
XScale處理器的輝煌延續了将近10年,直到2006年,AMD的步步緊逼使Intel迎來了20年以來最糟糕的一(yī)季财務報表,Intel的業績跌入低谷,2006年6月27日,Intel将XScale處理器以及ARM指令集的完整授權出售給了Marvell公司。
不負衆望,2006年11月29日,剛剛收購了Intel移動通訊芯片業務僅半年的Marvell公司就推出了其新一(yī)代的基于Intel XScale技術的Marvell Sheeva系列處理器,這一(yī)設計将使廣大(dà)網絡安全設備廠商(shāng)在原Intel NP上面開(kāi)發的軟件應用程序可以最大(dà)程度地再利用,從而免除開(kāi)發新架構處理器所帶來的軟件開(kāi)發投入。
從規格上來看,Marvell Sheeva系列處理器55納米制程的使用是它能夠從原533MHz躍升到1.2GHz高頻(pín)率的最大(dà)功臣,僅此特性就可以将原Intel IXP425的性能提升一(yī)倍。以Marvell Sheeva系列處理器中(zhōng)最低端的88F6281(見圖3)爲例,其内部集成了一(yī)個1.0G~1.2GHz的Sheeva CPU核心、NAND FLASH控制器、DDR2内存控制器、兩個千兆網絡MAC、一(yī)個PCI Express、USB 2.0、SATA等大(dà)量外(wài)設接口,而且此處理器還原汁原味的保留了XScale的安全算法引擎,可以依靠硬件完成SHA-1/MD5、DES/3DES、AES等加密算法提高相應性能。
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以此款處理器設計的網絡安全硬件平台(見圖4)對比Intel XScale處理器平台,無論在網絡接口數量和性能上,還是外(wài)部存儲介質支持,以及安全算法加速上都有了質的飛躍,安全設備廠商(shāng)完全可以添加更多業務應用,從而打造一(yī)款中(zhōng)低端極具性價比的UTM設備。而且ARM結構的兼容性使得研發人員(yuán)在原Intel XScale處理器平台上面開(kāi)發的應用軟件可以快速移植到Marvell Sheeva 88F6281處理器平台上,這對于網絡安全廠商(shāng)的小(xiǎo)批量多樣化的生(shēng)産模式是極爲有力的,對網關産品類型整合方面也将帶來極大(dà)方便。
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四、結束語
與Intel頻(pín)繁更新處理器内核的策略大(dà)不相同,ARM的内核具有更長的生(shēng)命期。1993年發布的ARM7内核仍然在被大(dà)規模使用。而2010年9月8日,代号爲Eagle的Cortex A15正式發布。廣大(dà)ARM處理器擁護者和開(kāi)發者認爲Cortex A15已經擁有足夠的性能,具備進軍Laptop和Server領域的能力。在未來的3到5年裏,Cortex A9和Cortex A15組成的ARM處理器陣營将與Intel的Atom,Sandy Bridge處理器将展開(kāi)全方位的較量,在網絡安全領域ARM處理器的應用也将更加豐富多彩。