arm版本是什么详解架构版本、核心与设备信息

【arm版本是什么】理解ARM架构版本

当我们谈论“ARM版本”时，通常指的是ARM的架构版本（Architecture Version），而不是某个具体的CPU型号或核心。可以把它想象成一个蓝图或一套指令集规范。每一代新的ARM架构版本都会在前一代的基础上进行改进，引入新的功能、指令、性能提升和效率优化。

理解ARM架构版本非常重要，因为它直接影响到硬件的能力以及软件的兼容性。软件需要根据特定的ARM架构版本来编译，才能在对应的硬件上高效运行，甚至正常运行。

是什么：ARM架构版本与核心设计的区别

这一点经常被混淆。ARM架构版本（如ARMv8、ARMv9）是一套规范，定义了CPU应该如何执行指令、管理内存、处理中断等。而ARM核心设计（如Cortex-A76、Cortex-X1、Neoverse N2）是ARM公司或其授权伙伴（如苹果、高通、联发科）基于某个特定的ARM架构版本实现的具体CPU微架构。

打个比方：

• ARMv8架构 就像一本“64位CPU设计手册”，规定了64位指令集（AArch64）和相关的特性。
• Cortex-A53、Cortex-A73、Cortex-A76、Cortex-A78等等 都是遵循这本“手册”（ARMv8或其后续小版本）设计出来的不同“型号”的CPU核心。它们在功耗、性能、缓存大小等方面有不同的侧重和优化。
• 更进一步，苹果的A系列（如A14、A15）或M系列（M1、M2）芯片，以及高通的Kryo系列、联发科的Dimensity系列芯片，它们内部的CPU核心是这些公司基于ARM架构许可证自行设计的，同样遵循某个特定的ARM架构版本（比如苹果的M系列基于ARMv8或ARMv9架构），但其微架构实现与ARM官方的Cortex系列不同。

所以，当说到“ARM版本”时，更准确的理解是它是指底层的架构版本。

为什么：为什么需要不同的ARM架构版本？

主要驱动力是技术进步和市场需求：

• 性能提升： 新的架构版本通常会引入更优化的指令集、更高效的执行单元设计，以提高计算速度。
• 能效改进： 持续优化功耗是ARM架构的核心优势之一。新版本会引入更精细的电源管理技术和指令集优化，使得在完成相同任务时消耗更少的电量。
• 新功能与特性： 为了适应新的计算需求，新架构会增加对特定任务的支持。例如，ARMv8引入了64位指令集（AArch64）和加强的加密扩展；ARMv9则进一步加强了安全性、引入了更强大的矢量扩展（SVE2）以加速机器学习和数字信号处理等。
• 安全性增强： 随着计算任务越来越复杂，安全性变得尤为重要。新架构版本会集成硬件层面的安全特性。
• 支持更大内存： 32位架构的内存寻址能力有限，引入64位架构是为了支持远大于4GB的物理内存，这对于服务器、高性能计算和大型应用至关重要。

总而言之，不同版本是为了让ARM架构能够持续进步，满足从微控制器、智能手机到服务器、高性能计算等不同领域日益增长的需求。

哪里：如何查看设备的ARM架构版本？

查看设备的具体ARM架构版本有时并不直观，因为操作系统或硬件信息报告的往往是CPU型号或核心名称，而不是直接写明“ARMv8.2”或“ARMv9.0”。不过，我们可以通过一些方法间接或直接地获取信息：

在Android设备上：

通常在“设置” -> “关于手机/平板电脑” -> “CPU”或“处理器信息”中，你会看到CPU的型号，比如“Qualcomm Snapdragon 8 Gen 1”或“MediaTek Dimensity 9000”。
要确定其具体的ARM架构版本，可能需要：

• 查阅该CPU型号的技术规格表。比如，Snapdragon 8 Gen 1使用的是Cortex-X2、Cortex-A710、Cortex-A510等核心，这些核心都是基于ARMv9架构的。
• 使用第三方硬件信息查看应用，如CPU-Z等。这些应用通常能提供更详细的CPU信息，包括指令集和架构类型（AArch64通常意味着ARMv8或更新）。

在iOS/iPadOS设备上（iPhone/iPad）：

苹果使用自己设计的基于ARM架构的芯片（A系列和M系列）。苹果通常不公开说明其芯片基于ARM的哪个具体架构版本（如v8或v9），而是直接提供芯片名称（如A15 Bionic, M2）。这些芯片毫无疑问实现了最新或较新的ARM架构指令集和特性，但用户无法像Android那样直接在设置里看到“ARMvX”。

在Linux系统上（包括树莓派等ARM板卡）：

这是最容易通过命令行查看的地方：

• 打开终端。
• 输入命令 lscpu。
  在输出信息中查找 “Architecture”（架构）和 “CPU op-mode(s)”（CPU操作模式）。如果看到 “aarch64″，这表示CPU支持64位ARM架构，也就是ARMv8或更新的版本。输出中可能还会显示 “CPU family” 或 “Model name”，这些信息有助于你进一步确定具体的核心型号和对应的架构版本。
• 输入命令 uname -m。
  输出如果是 `aarch64`，同样表示64位ARM架构。
  输出如果是 `armv7l` 或 `armhf`，则表示是32位ARMv7架构。
• 输入命令 cat /proc/cpuinfo。
  可以查看更详细的CPU信息，包括 Processor、model name、Features（支持的指令集特性）等，这些特性（如 fp, asimd, sve）可以间接反映架构版本。

在Windows on ARM设备上：

在“设置” -> “系统” -> “关于”中，在“设备规格”下可以看到处理器型号。该型号是基于ARM架构的（如Snapdragon系列）。其具体的ARM架构版本同样需要通过查阅该处理器型号的技术规格来确定。

多少：主要的ARM架构版本有哪些？

ARM架构发展了多个版本，但目前在主流计算设备（智能手机、平板、笔记本、服务器）上常见的主要是：

1. ARMv7-A： 这是前一代主流的32位应用处理器架构。虽然仍在一些较老的或低成本嵌入式设备中使用，但在智能手机等领域已基本被取代。
2. ARMv8-A： 这是一个划时代的版本，首次引入了64位指令集AArch64，同时保留了对32位指令集AArch32的兼容。当前绝大多数智能手机、平板、Chromebook、以及越来越多的笔记本电脑和服务器都基于ARMv8或其后续的小版本（v8.1, v8.2, v8.3, v8.4, v8.5, v8.6, v8.7, v8.8, v8.9）。每个小版本都会增加一些新的指令或特性，比如加强对虚拟化、机器学习加速、内存管理等的支持。
3. ARMv9-A： ARM公司于2021年推出的最新一代架构。它在ARMv8的基础上进一步提升，特别强调了安全性（Arm Confidential Compute Architecture, CCA）、AI/ML性能（通过增强的Scalable Vector Extension 2, SVE2）以及整体性能的跃升。ARMv9同样有后续的小版本（v9.1, v9.2等），不断增加和优化特性。目前高端智能手机芯片和新一代服务器芯片开始采纳ARMv9架构。

除了A-profile（应用处理器）外，还有R-profile（实时处理器，如ARMv7-R, ARMv8-R）和M-profile（微控制器，如ARMv6-M, ARMv7-M, ARMv8-M, ARMv8.1-M），它们针对不同的应用场景有不同的架构特性和版本体系，但在我们通常讨论“手机芯片是哪个ARM版本”时，主要聚焦于A-profile。

如何/怎么：新ARM架构版本如何带来改进？

新版本的改进是多方面的，主要体现在以下几个层面：

• 指令集扩展： 新版本会增加新的指令，这些指令可以更高效地完成特定任务。例如，ARMv8引入了更多的加密指令，ARMv9增强了矢量计算指令（SVE2），这使得运行加密算法、执行机器学习推理等任务时，CPU可以用更少的周期完成更多工作。
• 微架构优化（核心设计者实现）： 虽然架构定义了指令集，但核心设计者（ARM Cortex团队或第三方）会根据新架构的规范，改进CPU内部的流水线、分支预测、缓存系统、乱序执行能力等。这些微架构的改进直接影响到CPU在单位时间内能执行多少条指令以及执行效率。
• 系统级特性： 新架构版本会定义或增强对系统级组件的支持，比如内存管理单元（MMU）的能力、中断控制器的接口、新的电源管理状态、增强的虚拟化支持等。
• 安全性特性： 集成硬件层面的安全机制，如内存标记、机密计算支持等，帮助抵御某些类型的软件攻击，保护敏感数据。

这些改进共同作用，使得基于新架构版本的CPU在相同频率下通常比基于旧版本的CPU性能更高、能效更好，并具备处理新类型工作负载的能力。

软件如何适配不同的ARM版本？

软件开发者在编译程序时，会指定目标ARM架构版本和（或）核心型号。编译器（如GCC, Clang）会根据这些信息，生成包含对应指令集的机器码。

• 使用 `-march=` 编译选项指定目标架构版本，例如 `-march=armv8-a`, `-march=armv9-a`。
• 使用 `-mcpu=` 编译选项指定目标CPU核心型号，例如 `-mcpu=cortex-a78`。编译器会针对该核心的微架构特点进行优化，并包含该核心支持的指令集（由其实现的架构版本决定）。

为了确保软件能在不同版本的ARM硬件上运行，开发者有时会：

• 编译出支持多个架构版本的二进制文件（例如，早期Android应用可能同时包含armeabi-v7a和arm64-v8a的代码）。
• 为旧架构版本提供兼容模式（例如，ARMv8/v9 CPU可以在AArch32模式下运行32位ARMv7程序）。但这通常会有性能损失，并且无法使用新架构独有的指令。
• 依赖操作系统或运行时环境进行指令转换或优化（较少见，且性能开销大）。

因此，软件的兼容性和性能与硬件的ARM架构版本紧密相关。一款为最新ARMv9架构优化的应用，在较老的ARMv7设备上将无法运行（因为指令集不支持），而在ARMv8设备上运行可能不会充分发挥其潜力（无法使用ARMv9新增的特性）。

总结

理解“ARM版本”的关键在于区分架构版本（如ARMv8, ARMv9）与核心设计（如Cortex-A78, Apple A15）。架构版本是底层的规范和指令集定义，是技术发展的里程碑；而核心设计是具体实现这些规范的物理形态。不同的版本代表了计算能力、效率和功能集合的演进，直接影响到我们设备的性能、能耗以及软件的兼容性。通过一些系统工具或第三方应用，我们可以大致判断设备所基于的ARM架构类型（32位或64位，以及大致的代际）。