Cortex

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Cortex

ARM公司的ARM芯片内核 ,分三类: Cortex-A  Cortex-R Cortex-M

Cortex-M 系列 Image

Cortex-A 系列

ARM Cortex™-A 系列的应用型处理器可向托管丰富的操作系统平台的设备和用户应用提供全方位的解决方案,包括超低成本的手机、智能手机、移动计算平台、数字电视、机顶盒、企业网络、打印机和服务器解决方案。高性能的 Cortex-A15、可伸缩的 Cortex-A9、经过市场验证的 Cortex-A8 处理器和高效的 Cortex-A5 处理器均共享同一体系结构,因此具有完整的应用兼容性,支持传统的 ARM、Thumb® 指令集和新增的高性能紧凑型 Thumb-2 指令集。

Cortex-A 处理器的应用示例

 

Cortex-A5、Cortex-A8、Cortex-A9 和 Cortex-A15 处理器都适用于各种不同的性能应用领域。不过,尽管这些处理器都支持同样卓越的基础功能和完整的软件兼容性,但它们提供了显著不同的特性,可确保其完全符合未来的高级嵌入式解决方案的要求。

Cortex-A 比较

所有 Cortex-A 处理器均共享共同的体系结构和功能集。这使其成为开放式平台设计的最佳解决方案,因为此时不同设计之间软件的兼容性和可移植性最重要:

  • ARMv7-A 体系结构
  • 对所有操作系统的支持
    • Linux 完整分配 - Android、Chrome、Ubuntu 和 Debian
    • Linux 第三方 - MontaVista、QNX、Wind River
    • Symbian
    • Windows CE
    • 需要使用内存管理单元的其他操作系统支持
  • 指令集支持 - ARM、Thumb-2、Thumb、Jazelle®、DSP
  • TrustZone® 安全扩展
  • 高级单精度和双精度浮点支持
  • NEON™ 媒体处理引擎 

通过提供所需最高性能点和可伸缩性,提供所需能效和硅成本,同时维持完整的软件兼容性,各种 Cortex-A 处理器可共同提供设计灵活性。

内核 Cortex-A5 Cortex-A5 MPCore Cortex-A8 Cortex-A9 Cortex-A9 MPCore

Cortex-A9
硬宏

Cortex-A15 MPCore

体系结构

ARMv7

ARMv7 + MP

ARMv7

ARMv7

ARMv7 + MP

ARMv7 + MP

ARMv7
+MP+

中断
控制器

GIC-390

已集成 - GIC

GIC-390

GIC-390

已集成 - GIC

已集成 - GIC

已集成 - GIC

二级高速缓存
控制器

L2C-310

L2C-310

已集成

L2C-310

L2C-310

L2C-310

L2C-410

预期
实现  

 

300-800 MHz

300-800 MHz

600-1000 MHz

600-1000 MHz

600-1000 MHz

800-2000 MHz

TBC

DMIPS/MHz

1.6

1.6(每个 CPU)

2.0

2.5

2.5(每个 CPU)

5.0(双核)

TBC


Cortex-A9

Cortex-A9 处理器可用作单核处理器或 1-4 核多核合成处理器,每个 CPU 可提供 2.5 Dhrystone MIPS(每 MHz)。在其单核实现中,该处理器的面积优化实现可对传统的嵌入式设计提供最小的占地面积和卓越的能效,而速度优化的多核实现最多可提供四倍的总性能, 并具有高速缓存一致性、集成的外设和高级总线接口选项这些其他优势。 

双核处理器的多核解决方案也可用作硬宏,通过在其实现中利用 ARM 高性能物理 IP,可获得超过 2 GHz 的标准性能。 

Cortex-A9 处理器的优势包括:

  • ARM 最高的总性能平台,最多支持四个内核一起运行
  • 采用稳固的多核生态系统,由主要供应商提供高级操作系统支持
  • 完全可伸缩的解决方案,适用于从最低的单核配置到带 NEON 的 MPCore™

Cortex-A9 硬宏实现

Cortex-A9 已作为完全配置的双核硬宏硬化为 TSMC 40G/GL 工艺。从标准硅中选择该硬宏实现后,提供的运行频率超过 2GHz。这些宏为硅制造商开辟了一条为各种高性能市场提供 ARM 低功率解决方案的低风险的快速途径。

Cortex-A8

Cortex-A8 处理器是一个双指令执行的有序超标量处理器,针对高度优化的能效实现可提供 2.0 Dhrystone MIPS(每 MHz),这些实现可提供基于传统单核处理器的设备所需的高级别的性能。Cortex-A8 在市场中构建了 ARMv7 体系结构,可用于不同应用,包括智能手机、智能本、便携式媒体播放器以及其他消费类和企业平台。

Cortex-A8 处理器的优势包括:

  • 公认的生态系统,包括低成本的开发平台和可用的目录部分
  • 面向新用户的各种许可选项。
  • 开源媒体播放器等应用程序,可根据 NEON 高级 SIMD 指令集提供 720p 视频。

Cortex-A5

Cortex-A5 处理器是最小、功率最低的 ARM 多核处理器,能够向最广泛的设备提供 Internet:超低成本手机、特色手机和智能移动设备以及普遍采用的嵌入式、消费类和工业设备。Cortex-A5 处理器的应用与 Cortex-A8 和 Cortex-A9 处理器完全兼容,能够立即访问构建的开发人员和软件生态系统,包括 Android、Adobe Flash、Java Platform Standard Edition (Java SE)、JavaFX、Linux、Microsoft Windows Embedded、Symbian 和 Ubuntu。Cortex-A5 的优势包括:

  • 与 Cortex-A8 和 Cortex-A9 处理器的完全应用程序兼容性
  • 为大量现有 ARM926EJ-S™ 和 ARM1176JZ-S™ 处理器授权经营商提供了宝贵的迁移途径。

Cortex-R 系列

ARM Cortex™-R 实时处理器为具有严格的实时响应限制的深层嵌入式系统提供高性能计算解决方案。目标应用包括:
  • 智能手机和基带调制解调器中的移动手机处理。
  • 企业系统,如硬盘驱动器、联网和打印。
  • 家庭消费性电子产品、机顶盒、数字电视、媒体播放器和相机。
  • 用于医疗行业、工业和汽车行业的可靠系统的嵌入式微控制器。

在这些应用中,采用的是对处理响应设置硬截止时间的系统,如果要避免数据丢失或机械损伤,则必须符合所设置的这些硬截止时间。因此 Cortex-R 处理器是专为高性能、可靠性和容错能力而设计的,其行为具有高确定性,同时保持很高的能效和成本效益。

Cortex-R 处理器的应用示例

Cortex-R 市场

Cortex-R 实时系列处理器使用实时操作系统提供在硬实时限制下运行的高性能和深层嵌入式应用的必要功能。此功能集将 Cortex-R 与 Cortex-M 和 Cortex-A 系列处理器区别开来。显而易见,Cortex-R 提供的性能比 Cortex-M 系列提供的性能高得多,而 Cortex-A 专用于具有复杂软件操作系统(使用虚拟内存管理)的面向用户的应用。

Cortex-R4

有关 Cortex-R4 的详细信息,请单击此链接。

Cortex-R 功能集

  • 高性能、高时钟频率、深管道化的微体系结构。

  • 性能增强技术,如指令预取、分支预测和超标量执行。

  • 快速且具有确定性的中断响应。

  • 同类最佳能效和芯片面积/成本效益。

  • 硬件除法器、浮点单元 (FPU) 选项。

  • 具有 Thumb-2 指令的 ARM v7-R 体系结构,可在不牺牲性能的情况下实现高代码密度。

  • 指令集增强,包括 SIMD、DSP 和媒体处理。

  • 与经典 ARM9 和 ARM1156 处理器的二进制兼容性。

  • 具有内存保护单元 (MPU) 的用户和授权软件操作模式。

  • 具有指令和数据高速缓存控制器的哈佛体系结构。

  • 用于获得快速响应代码和数据的处理器本地的紧密耦合内存 (TCM)。

  • 高性能 64 位 AMBA 3 AXI 总线接口。

  • 1 级内存系统的奇偶校验检测和 ECC 软错误检测/更正。

  • 可配置的调试断点和检测点。

  • CoreSight 调试访问端口和嵌入式跟踪模块选项。

  • 配置选项包括/排除上述选项中的一部分以优化功率、性能和面积。

兼容性

Cortex-R 处理器保持与经典 ARM 处理器(如 ARM7TDMI-S、ARM946E-S、ARM968E-S 和 ARM1156T2-S) 的二进制兼容性,因此可确保应用的可移植性;对于经认证可用于汽车系统的代码很有用,当旧源代码不再可用时也非常有用。这些嵌入式系统处理器通常运行实时 软件操作系统 (RTOS) 并且不需要虚拟内存管理单元 (MMU)。但是,实时 ARM 处理器支持内存保护单元 (MPU) 和紧密耦合内存 (TCM),它们使代码和数据随时可供处理器访问。

浮点配置

包括浮点单元的 Cortex-R 处理器有时候用“F”后缀表示,例如 Cortex-R4F。

 

Cortex-M 系列


ARM Cortex™-M 处理器系列是一系列可向上兼容的高能效、易于使用的处理器,这些处理器旨在帮助开发人员满足将来的嵌入式应用的需要。这些需要包括以更低的成本提供更多功能、不断增加连接、改善代码重用和提高能效。 

Cortex-M 系列针对成本和功耗敏感的 MCU 和终端应用(如智能测量、人机接口设备、汽车和工业控制系统、大型家用电器、消费性产品和医疗器械)的混合信号设备进行过优化。

比较 Cortex-M 处理器

Cortex-M 系列是必须考虑不同的成本、能耗和性能的各类可兼容、易于使用的嵌入式设备(如微控制器 (MCU))的理想解决方案。每个处理器都针对十分广泛的嵌入式应用范围提供最佳权衡取舍。

ARM Cortex-M0 ARM Cortex-M3 ARM Cortex-M4

“8/16 位”应用 

“16/32 位”应用

  “32 位/DSC”应用

低成本和简单性

  性能效率

有效的数字信号控制

 Cortex-M 系列处理器都是二进制向上兼容的,这使得软件重用以及从一个 Cortex-M 处理器无缝发展到另一个成为可能。

 



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