如何设计自己的基于ARM的处理器？

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我对如何设计自己的基于ARM的CPU有几个问题？

一个人如何以ARM许可证开头并以准备好可焊接到板上的封装结束？
我从ARM那里可以获得什么（我确信他们有多个可用的许可证选项-体系结构许可证（高通Snapdragon风格）和核心许可证（TI OMAP风格））？
一旦获得ARM的“帮助”，我需要继续使用哪些工具？
我要寄给工厂什么？
我相信只有某些晶圆厂获得许可才能在硅晶片上蚀刻ARM内核。我对吗？
作为一名学生，我可以负担得起在FPGA上执行此操作的能力吗？我如何获得类似这样的经验？

arm architecture physical-design

— 卢勋爵
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显而易见的答案是与ARM交谈。

— 奥林·拉斯洛普

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看看opencores.com-那里有许多处于不同状态的完整性和功能性的各种处理器内核。就获得实际的ARM核心资源而言……如@OlinLathrop所说……与ARM交流。

— akohlsmith

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我不理解反对意见，这可能是一个幼稚的问题，但绝对是合法的IMO。

— 乔恩·L

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问题在于您的问题是特定于您将无法遵循的工作流程的。您可以遵循的工作流程-在HDL中使用原始或免费提供的设计作为FPGA的目标-与猜测完全不同。

— 克里斯·斯特拉顿

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所述的Cortex-M1核似乎是旨在在任何适当功能的FPGA运行。主要的FPGA供应商都拥有IP许可证，并像其他任何软核一样将其交付给设计人员。我假设不是免费的，但是可能有一些专门供学术使用的程序。

— RBerteig

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公司的做法如下：

筹集约1000万美元。
与ARM协商以获得许可证。这将至少花费一百万美元。
从ARM获取设计文件。它可能采用某种形式的VHDL，Verilog或“加密”网表。
结合使用自己的逻辑（用于外设）和ARM给您的产品设计自己的芯片。此步骤可能需要一些昂贵的CAD软件和一小组专家。预计将花费至少500万美元和几年的时间。
获取为芯片本身制作的掩模。如果您使用任何现代半导体工艺，则将花费约一百万美元。
获取芯片本身。价格各不相同，但应低于50万美元。
调试您创建的芯片，修复错误，然后返回到步骤5，直到可以出售为止。

这是您的操作方式：

在您当地的大学参加研究生水平的计算机体系结构课程。
学习更多有关数字逻辑的课程，以及其他内容。
在VHDL或Verilog中从头设计CPU。
从头开始设计另一个CPU。
查看ARM指令集并设计兼容的CPU。
使您的ARM兼容CPU在FPGA中工作。
除非您要被起诉，否则请勿分发您的VHDL / Verilog源代码。
利用您的ARM经验为您的博士学位撰写出色的论文。
使用您的博士学位在ARM或TI或任何人那里找到工作。然后使用公司的前7个步骤重复该过程。

好的，这个清单有点嘲讽，但基本上是正确的。关键是，甚至不用担心直接与ARM打交道，因为很有可能您没有钱。而且也不要做任何会被ARM起诉的事情。

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+1。极好的答案。我要说的是，但更好。

— Rocketmagnet 2012年

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任何好的课程都将包括不同种类的CPU的基本结构以及它们如何工作。主题应包括微代码，指令解码，ALU的，内存存取，高速缓存，寄存器，流水线，数据hazzards，指令预取等

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是否有任何理由使ARM的指令集本身比比其克隆比比皆是的其他任何CPU更具专利性？当然，有些结构特性已申请了专利，但是如果目标是设计一个可与现有编译器一起使用的CPU，那么指令集本身会带来问题吗？

— 2012年

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@supercat通常，除非它们包含一些体系结构的内容，否则它们本身不是很容易获得专利。MIPS在其CPU上做到了这一点，他们在CPU中获得了一些指令的专利，这些指令可以加载/存储未与字对齐的字，以及一些可以在大小端之间动态切换的东西。当MIPS起诉MIPS克隆制造商时，法庭上对此提出了质疑，MIPS获胜（大约在2000年）。但是大多数专利都是关于架构问题的。不幸的是，如果不复制架构和指令集，就无法制造与现有编译器兼容的CPU。

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@LordLoh您可能会发现这些问题有用：electronics.stackexchange.com/questions/28686/... electronics.stackexchange.com/a/7051/638

— W5VO

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ARM有一个大学DesignStart计划。作为一名学生，您只能访问基本的Cortex-M0材料。但是，如果您真的有兴趣，请让您的老师参与进来，然后您可以使用更多的设计材料（Verilog FPGA代码，评估IP，仿真等）。

— 嵌入式凯尔
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谢谢:-)我会尽力让我的顾问要求其中的一些。

— 卢勋爵。

WFIW，此答案现在已过时，Cortex-M0和Cortex-M3均可用，并且该产品的某些部分向非学生/机构开放。

— 肖恩·霍利哈内

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看一下OpenCores上的ARM内核。

— plan9assembler
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但请注意：ARM仅容忍此类重新实现：eetimes.com/author.asp?section_id=36&doc_id=1287452，您将一目了然地终止诉讼。还可以考虑像RISC-V这样的开放式拱门。

— Ciro Santilli新疆改造中心法轮功六四事件

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ARM Cortex-M1（可能是最简单的ARM处理器）是第一个专门设计为在FPGA中实现为软处理器的ARM处理器。针对以下FPGA类型进行了优化：

Actel (M1 ProASIC3 and M1 Fusion)
Altera (Cyclone-II, Stratix-III)
Xilinx (Spartan-3, Virtex-5)

ARM本身正在制造用于Altera Cyclone III的Cortex-M1开发套件，尽管DigiKey的价格为625美元，有点贵。不过，您确实获得了所有的ARM Cortex-M1 IP，并获得了进行开发的许可证（加上为生产中的1000块板免费提供的专利使用费，非常酷）。

单独获得IP可能有一些选择（也许他们有一个学术课程，其他人提到了大学课程，但这是针对M0的）。然后，您可以单独购买开发板。

这是有关Altera上ARM Cortex-M1的更多信息。

以下是有关将ARM Cortex-M1放在Actel FPGA上的一些信息。

同时，人们对FPGA上其他版本的ARM Cortex也产生了兴趣。这是某人在Xilinx FPGA上实现ARM Cortex-M0的论文。

— 克罗斯利
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如果要更改设计，请尝试制造“合适的” 32位计算机。目前，ARM一次读取8位32位指令，这意味着PC在每次提取指令时都会递增4。

— 艾伦·坎贝尔

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现在，您可以通过ARM的DesignStart程序访问Cortex-M3处理器（和可扩展的AHB / APB子系统）。

Eval选项提供了一个FPGA目标（通过模糊的内核RTL支持所有仿真，Verilog中的其他所有功能）。目前，该产品针对具有mbed支持的ARM MPS2 + FPGA。

Pro版本（仅适用于可以签署许可证的公司/大学）允许制造，并且在Verilog中包括处理器内核（涵盖Cortex-M0和Cortex-M3）。

— 肖恩·霍利汉（Sean Houlihane）
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