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【筆記】ARM架構和ARM晶片(三)

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經典系列

  • ARM11™ 系列 - 基於 ARMv6 架構的高效能處理器;
  • ARM9™ 系列 - 基於 ARMv5 架構的常用處理器;
  • ARM7™ 系列- 面向普通應用的經典處理器 。

Cortex系列

使用ARMv7架構,具體包括:

Cortex-A:應用程式配置檔案,它在 MMU(記憶體管理單元)、用於多媒體應用程式的可選 NEON 處理單元以及支援半精度、單精度和雙精度運算的高階硬體浮點單元的基礎上實現了虛擬記憶體系統架構。它適用於高階消費電子裝置、網路裝置、移動 Internet 裝置和企業市場。

Cortex-R:時配置檔案,它在 MPU(記憶體保護單元)的基礎上實現了受保護記憶體系統架構。它適用於高效能實時控制系統(包括汽車和大容量儲存裝置)。

Cortex-M:微控制器配置檔案,可快速進行中斷處理,適用於需要高度確定的行為和最少門數的成本敏感型裝置。

A系列屬於應用處理器,R和M系列屬於嵌入式處理器。

應用程式處理器按處理器執行復雜作業系統(如Linux、Android / Chrome、Microsoft Windows(CE/嵌入式)和 Symbian)和支援複雜圖形使用者介面的能力來定義。此類處理器集成了記憶體管理單元 (MMU) 以管理這些複雜作業系統的記憶體需求,並允許下載和執行第三方軟體。

嵌入式處理器主要著重於在各種功耗敏感型應用中提供具有高確定性的實時行為。這些處理器通常執行實時作業系統 (RTOS) 和使用者開發的應用程式程式碼,因此只需記憶體保護單元 (MPU),而不需要應用程式處理器中提供的 MMU。

專家系列

SecurCore™ - 面向高安全性應用的處理器:SecurCore 處理器在安全市場中用於手機 SIM 卡和識別應用,集成了多種既可為使用者提供卓越效能,又能檢測和避免安全攻擊的技術。用於SIM、智慧卡 、高階支付系統、電子護照、電子票務和運輸系統。SC100™ 處理器基於常用的 ARM7TDMI® 處理器。SC300™ 基於現代 Cortex™-M3 處理器,因而適用於中斷驅動和功耗敏感型應用。

FPGA Cores - 面向 FPGA(Field-Programmable Gate Array)的處理器。對於那些希望 FPGA 裝置能夠與 ARM 架構相容但又要求具有系統可程式設計性的開發人員,ARM 可提供 Cortex-M1 處理器。此處理器完全相容Cortex-M0 處理器,並允許使用者靈活選擇 FPGA 供應商。

ARM架構

ARM 32-bit ISA:基於 RISC 原理的32位ARM指令集。

Thumb 16-Bit ISA,Thumb 技術是對 32 位 ARM 體系結構的擴充套件。Thumb 指令集是已壓縮至 16 位寬操作碼的、最常用 32 位 ARM 指令的子集。在執行時,這些 16 位指令實時、透明地解壓縮為完整 32 位 ARM 指令,且無效能損失。卓越的程式碼密度,以儘量減小系統記憶體大小和降低成本。

Thumb-2,提供最佳程式碼大小和效能;以 ARM Cortex 體系結構為基礎的指令集,它提升了眾多嵌入式應用的效能、能效和程式碼密度。以獲得成功的 Thumb(ARM 微處理器核心的創新型高程式碼密度指令集)為基礎進行構建,以增強 ARM 微處理器核心的功能,從而使開發人員能夠開發出低成本且高效能的系統。 

VFP:浮點體系結構 (VFP:Vector Floating Point)為半精度、單精度和雙精度浮點運算中的浮點操作提供硬體支援。為汽車動力系統、車身控制應用和影象應用(如列印中的縮放、轉換和字型生成以及圖形中的 3D 轉換、FFT 和過濾)中使用的浮點運算提供增強的效能。

Jazelle®技術:提高執行環境(如 Java、.Net、MSIL、Python 和 Perl)速度。Jazelle 技術是 ARM 提供的組合型硬體和軟體解決方案。ARM Jazelle 技術軟體是功能豐富的多工 Java 虛擬機器 (JVM),經過高度優化,可利用許多 ARM 處理器核心中提供的 Jazelle 技術體系結構擴充套件。還包括功能豐富的多工虛擬機器 (MVM),領先的手機供應商和 Java 平臺軟體供應商提供的許多 Java 平臺中均集成了此類虛擬機器。通過利用基礎 Jazelle 技術體系結構擴充套件,ARM MVM 軟體解決方案可提供高效能應用程式和遊戲,快速啟動和應用程式切換,並且使用的記憶體和功耗預算非常低。

 TrustZone® 安全擴充套件,提供可信計算,是系統範圍的安全方法,針對高效能運算平臺上的大量應用,包括安全支付、數字版權管理 (DRM) 和基於 Web 的服務。TrustZone 技術與 Cortex™-A 處理器緊密整合,並通過 AMBA® AXI™ 匯流排 和特定TrustZone 系統 IP 塊在系統中進行擴充套件。此係統方法意味著,現在可保護外設(包括處理器旁邊的鍵盤和螢幕),以確保惡意軟體無法記錄安全域中的個人資料、安全金鑰或應用程式,或與其進行互動。用例包括:實現安全 PIN 輸入,在移動支付和銀行業務中加強使用者身份驗證,安全 NFC 通訊通道,數字版權管理,數字版權管理,基於忠誠度的應用,基於雲的文件的訪問控制,電子售票移動電視。

SIMD:當前的智慧手機和 Internet 裝置必須提供高階媒體和圖形效能,才具有競爭力。ARMv6 和 ARMv7 體系結構中的 SIMD 擴充套件改進了此類效能。SIMD 擴充套件已經過優化,可適用於眾多軟體應用領域,包括視訊和音訊編解碼器,這些擴充套件將效能提高了將近 75% 或更多。 

NEON:通用 SIMD 引擎可有效處理當前和將來的多媒體格式,從而改善使用者體驗。可加速多媒體和訊號處理演算法(如視訊編碼/解碼、2D/3D 圖形、遊戲、音訊和語音處理、影象處理技術、電話和聲音合成)。可增強許多多媒體使用者體驗(觀看任意格式的任意視訊、編輯和強化捕獲的視訊 – 視訊穩定性、遊戲處理、快速處理幾百萬畫素的照片、語音識別)

Virtualization:隨著軟體複雜性的提高,對於在同一個物理處理器上提供多種軟體環境的要求也同時增多。因為隔離、可靠性或不同實時特徵而要求分隔的軟體應用程式需要一個具備所需功能的虛擬處理器。通過高能效方式提供虛擬處理器要求組合利用硬體加速和高效的軟體虛擬機器監控程式。雲端計算和其他面向資料或內容的解決方案增加了對於每個虛擬機器的實體記憶體系統的需求。

Cortex-A 系列:開放式作業系統的高效能處理器

ARM Cortex™-A 系列的應用型處理器可向託管豐富的作業系統平臺的裝置和使用者應用提供全方位的解決方案,包括超低成本的手機、智慧手機、移動計算平臺、數字電視、機頂盒、企業網路、印表機和伺服器解決方案。是移動開發中主要關注的物件。

Cortex-A15:可為新一代移動基礎結構應用和要求苛刻的無線基礎結構應用提供效能最高的解決方案。執行速度最高可達 2.5GHz。

Cortex-A9:可提供 800MHz - 2 GHz 的標準頻率,每個核心可提供5000 DMIPS的效能。

Cortex-A8:單核解決方案,可提供經濟有效的高效能,在 600 MHz - 1 GHz 的頻率下,提供的效能超過 2000 DMIPS。

Cortex-A5:低成本實現,在 400- 800 MHz 的頻率下,提供的效能超過1200 DMIPS。

在ARM網站中還有Cortex-A7,作為A15的低功耗版本,在2011年10月推出。

多核技術ARM MPCore:除了Cortex-A8外,其他(A5,A9,A15)都支援 ARM 的第二代多核技術:單核到四核實現,支援面向效能的應用領域,支援對稱和非對稱的作業系統實現。技術允許設計時可配置的處理器支援一個、兩個、三個或四個 CPU 一起執行,同時保持整合的快取記憶體一致性。這些多核處理器群集在 1 級快取記憶體邊界內完全一致,而且可通過加速器一致性埠 (ACP)配置為將有限的一致性擴充套件到其餘的晶片上系統 (SoC) 中。ACP 允許系統主外設和帶有未經快取的記憶體檢視的加速器(如 DMA 引擎或加密加速器核心)共享處理器的快取記憶體,同時保持快取記憶體完全一致。多核群集包括一個與全域性中斷控制器 (GIC)體系結構相容的帶專用外設的整合中斷和通訊系統,因此可提高效能和簡化軟體可移植性。此 GIC 可配置為支援 0(舊版 Bypass 模式)至 224 個獨立中斷源,以此為大量裝置提供低延遲中斷途徑該處理器可支援單核或雙核 64 位 AMBA®3AXI™ 互連線口,以及 SoC 內不同地址空間之間的全速過濾選項。

Cortex-R 系列 - 面向實時應用的卓越效能

Cortex-R 系列處理器的開發則面向深層嵌入式實時應用,對低功耗、良好的中斷行為、卓越效能以及與現有平臺的高相容性這些需求進行了平衡考慮。用於汽車制動系統,動力傳動解決方案,大容量儲存控制器,以及聯網和列印

Cortex-M 系列 - 面向具有確定性的微控制器應用的成本敏感型解決方案

Cortex-M 系列處理器主要是針對微控制器領域開發的,在該領域中,既需進行快速且具有高確定性的中斷管理,又需將門數和可能功耗控制在最低。

用於微控制器、混合訊號裝置、智慧感測器,以及汽車電子和氣囊。

參考資料
1. http://www.arm.com/zh/products/processors/cortex-a/index.php
2. http://www.arm.com/zh/products/processors/index.php
3. http://www.arm.com/zh/products/processors/technologies/


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