米爾科技ARM內(nèi)核全解析淺談

前不久ARM正式宣布推出新款A(yù)RMv8架構(gòu)的Cortex-A50處理器系列產(chǎn)品，以此來(lái)擴(kuò)大ARM在高性能與低功耗領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，進(jìn)一步搶占移動(dòng)終端市場(chǎng)份額。Cortex-A50是繼Cortex-A15之后的又一重量級(jí)產(chǎn)品，將會(huì)直接影響到主流PC市場(chǎng)的占有率。圍繞該話題，我們今天不妨總結(jié)一下近幾年來(lái)手機(jī)端較為主流的ARM處理器。

以由高到低的方式來(lái)看，ARM處理器大體上可以排序?yàn)椋?strong>Cortex-A57處理器、Cortex-A53處理器、Cortex-A15處理器、Cortex-A12處理器、Cortex-A9處理器、Cortex-A8處理器、Cortex-A7處理器、Cortex-A5處理器、ARM11處理器、ARM9處理器、ARM7處理器，再往低的部分手機(jī)產(chǎn)品中基本已經(jīng)不再使用，這里就不再介紹。

ARM 處理器架構(gòu)發(fā)展

● Cortex-A57、A53處理器

Cortex-A53、Cortex-A57兩款處理器屬于Cortex-A50系列，首次采用64位ARMv8架構(gòu)，意義重大，這也是ARM最近剛剛發(fā)布的兩款產(chǎn)品。

Cortex-A57是ARM最先進(jìn)、性能最高的應(yīng)用處理器，號(hào)稱可在同樣的功耗水平下達(dá)到當(dāng)今頂級(jí)智能手機(jī)性能的三倍；而Cortex-A53是世界上能效最高、面積最小的64位處理器，同等性能下能效是當(dāng)今高端智能手機(jī)的三倍。這兩款處理器還可整合為ARM big.LITTLE（大小核心伴侶）處理器架構(gòu)，根據(jù)運(yùn)算需求在兩者間進(jìn)行切換，以結(jié)合高性能與高功耗效率的特點(diǎn)，兩個(gè)處理器是獨(dú)立運(yùn)作的。

應(yīng)用案例：預(yù)計(jì)于2014年推出。

●Cortex-A15處理器架構(gòu)解析

ARM Cortex-A15處理器隸屬于Cortex-A系列，基于ARMv7-A架構(gòu)，是業(yè)界迄今為止性能最高且可授予許可的處理器。

Cortex-A15 MPCore處理器具有無(wú)序超標(biāo)量管道，帶有緊密耦合的低延遲2級(jí)高速緩存，該高速緩存的大小最高可達(dá)4MB。浮點(diǎn)和NEON媒體性能方面的其他改進(jìn)使設(shè)備能夠?yàn)橄M(fèi)者提供下一代用戶體驗(yàn)，并為 Web 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)應(yīng)用提供高性能計(jì)算。Cortex-A15處理器可以應(yīng)用在智能手機(jī)、平板電腦、移動(dòng)計(jì)算、高端數(shù)字家電、服務(wù)器和無(wú)線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等設(shè)備上。

理論上，Cortex-A15 MPCore處理器的移動(dòng)配置所能提供的性能是當(dāng)前的高級(jí)智能手機(jī)性能的五倍還多。在高級(jí)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，Cortex-A15 的運(yùn)行速度最高可達(dá)2.5GHz，這將支持在不斷降低功耗、散熱和成本預(yù)算方面實(shí)現(xiàn)高度可伸縮的解決方案。

應(yīng)用案例：三星Exynos 5250。三星Exynos 5250芯片是首款A(yù)15芯片，應(yīng)用在了最近發(fā)布的Chromebook和Nexus 10平板電腦上面。Exynos 5250的頻率是1.7GHz，采用32納米的HKMG工藝，配備了Mali-604 GPU，性能強(qiáng)大。另外據(jù)傳三星下一代Galaxy S4將會(huì)搭載四核版的Exynos 5450芯片組，同樣應(yīng)用Cortex-A15內(nèi)核。另外NVIDIA Tegra 4會(huì)采用A15內(nèi)核。

●Cortex-A12處理器架構(gòu)解析

2013中旬，ARM 發(fā)布了全新的Cortex-A12處理器，在相同功耗下，Cortex-A12的性能上比Cortex-A9提升了40%，同時(shí)尺寸上也同樣減小了30%。Cortex-A12也同樣能夠支持big.LITTLE技術(shù)，可以搭配Cortex-A7處理器進(jìn)一步提升處理器的效能。

ARM表示Cortex-A12處理器未來(lái)將應(yīng)用于大量的智能手機(jī)以及平板產(chǎn)品，但更加側(cè)重于中端產(chǎn)品。同時(shí)ARM也預(yù)計(jì)在2015年，這些中端產(chǎn)品在數(shù)量上將遠(yuǎn)超過(guò)旗艦級(jí)別的智能手機(jī)及與平板。

搭載Cortex-A12處理器的中端機(jī)在未來(lái)也將是非常有特點(diǎn)的產(chǎn)品，因?yàn)镃ortex-A12能夠支持虛擬化、AMD TrustZone技術(shù)，以及最大1TB的機(jī)身存儲(chǔ)。這也就意味著未來(lái)搭載這一處理器的智能手機(jī)完全可以作為所謂的BYOD（Bring Your Own Device）設(shè)備使用，換句話說(shuō)就是在作為自用手機(jī)的同時(shí)，還可以用作商務(wù)手機(jī)存儲(chǔ)商務(wù)內(nèi)容。
同時(shí)Cortex-A12也搭載了全新的Mali-T622繪圖芯片與Mali-V500視頻編解碼IP解決方案，同樣也是以節(jié)能為目標(biāo)。這樣看來(lái)，定位中端市場(chǎng)，低功耗小尺寸，Cortex-A12最終必然會(huì)取代Cortex-A9。據(jù)悉，Cortex-A12將于2014年投放市場(chǎng)，到時(shí)候我們也許會(huì)迎來(lái)中端市場(chǎng)的一次改變。

應(yīng)用案例：2014年發(fā)布。

●Cortex-A9處理器架構(gòu)解析

ARM Cortex-A9處理器隸屬于Cortex-A系列，基于ARMv7-A架構(gòu)，目前我們能見(jiàn)到的四核處理器大多都是屬于Cortex-A9系列。

Cortex-A9 處理器的設(shè)計(jì)旨在打造最先進(jìn)的、高效率的、長(zhǎng)度動(dòng)態(tài)可變的、多指令執(zhí)行超標(biāo)量體系結(jié)構(gòu)，提供采用亂序猜測(cè)方式執(zhí)行的 8 階段管道處理器，憑借范圍廣泛的消費(fèi)類、網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)和移動(dòng)應(yīng)用中的前沿產(chǎn)品所需的功能，它可以提供史無(wú)前例的高性能和高能效。

Cortex-A9 微體系結(jié)構(gòu)既可用于可伸縮的多核處理器（Cortex-A9 MPCore多核處理器），也可用于更傳統(tǒng)的處理器（Cortex-A9單核處理器）?？缮炜s的多核處理器和單核處理器支持 16、32 或 64KB 4 路關(guān)聯(lián)的 L1 高速緩存配置，對(duì)于可選的 L2 高速緩存控制器，最多支持 8MB 的 L2 高速緩存配置，它們具有極高的靈活性，均適用于特定應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)。

應(yīng)用案例：德州儀器OMAP 4430/4460、Tegra 2、Tegra 3、新岸線NS115、瑞芯微RK3066、聯(lián)發(fā)科MT6577、三星Exynos 4210、4412、華為K3V2等。另外高通APQ8064、MSM8960、蘋果A6、A6X等都可以看做是在A9架構(gòu)基礎(chǔ)上的改良版本。

●Cortex-A8處理器架構(gòu)解析

ARM Cortex-A8處理器隸屬于Cortex-A系列，基于ARMv7-A架構(gòu)，是我們目前使用的單核手機(jī)中最為常見(jiàn)的產(chǎn)品。

ARM Cortex-A8處理器是首款基于ARMv7體系結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，能夠?qū)⑺俣葟?00MHz提高到1GHz以上。Cortex-A8處理器可以滿足需要在300mW以下運(yùn)行的移動(dòng)設(shè)備的功率優(yōu)化要求；以及需要2000 Dhrystone MIPS的消費(fèi)類應(yīng)用領(lǐng)域的性能優(yōu)化要求。

Cortex-A8 高性能處理器目前已經(jīng)非常成熟，從高端特色手機(jī)到上網(wǎng)本、DTV、打印機(jī)和汽車信息娛樂(lè)，Cortex-A8處理器都提供了可靠的高性能解決方案。

應(yīng)用案例：MYS-S5PV210開(kāi)發(fā)板、TI OMAP3系列、蘋果A4處理器（iPhone 4）、三星S5PC110（三星I9000）、瑞芯微RK2918、聯(lián)發(fā)科MT6575等。另外，高通的MSM8255、MSM7230等也可看做是A8的衍生版本。

●Cortex-A7處理器架構(gòu)解析

ARM Cortex-A7處理器隸屬于Cortex-A系列，基于ARMv7-A架構(gòu)，它的特點(diǎn)是在保證性能的基礎(chǔ)上提供了出色的低功耗表現(xiàn)。

Cortex-A7處理器的體系結(jié)構(gòu)和功能集與Cortex-A15 處理器完全相同，不同這處在于，Cortex-A7 處理器的微體系結(jié)構(gòu)側(cè)重于提供最佳能效，因此這兩種處理器可在big.LITTLE（大小核大小核心伴侶結(jié)構(gòu)）配置中協(xié)同工作，從而提供高性能與超低功耗的終極組合。單個(gè)Cortex-A7處理器的能源效率是ARM Cortex-A8處理器的5倍，性能提升50%，而尺寸僅為后者的五分之一。

作為獨(dú)立處理器，Cortex-A7可以使2013-2014年期間低于100美元價(jià)格點(diǎn)的入門級(jí)智能手機(jī)與2010 年500美元的高端智能手機(jī)相媲美。這些入門級(jí)智能手機(jī)在發(fā)展中世界將重新定義連接和Internet使用。

應(yīng)用案例：全志Cortex-A7四核平板芯片，聯(lián)發(fā)科剛剛發(fā)布的MT6589。

●Cortex-A5處理器架構(gòu)解析

ARM Cortex-A5處理器隸屬于Cortex-A系列，基于ARMv7-A架構(gòu)，它是能效最高、成本最低的處理器。

Cortex-A5處理器可為現(xiàn)有ARM9和ARM11處理器設(shè)計(jì)提供很有價(jià)值的遷移途徑，它可以獲得比ARM1176JZ-S更好的性能，比ARM926EJ-S更好的功效和能效。另外，Cortex-A5處理器不僅在指令以及功能方面與更高性能的Cortex-A8、Cortex-A9和Cortex-A15處理器完全兼容，同時(shí)還保持與經(jīng)典ARM處理器（包括ARM926EJ-S、ARM1176JZ-S和 ARM7TDMI）的向后應(yīng)用程序兼容性。

應(yīng)用案例：高通MSM7227A/7627A（新渴望V、摩托羅拉XT615、諾基亞610、中興V889D、摩托羅拉DEFY XT等）、高通MSM8225/8625（小辣椒雙核版、華為U8825D、天語(yǔ) W806+、innos D9、酷派7266等）、米爾 MYD-SAMA5D3X系列開(kāi)發(fā)板（MYD-SAMA5D31、MYD-SAMA5D33、MYD-SAMA5D34、MYD-SAMA5D35）。

MYD-SAMA5D3X開(kāi)發(fā)板

●ARM11系列處理器架構(gòu)解析

ARM11系列包括了ARM11MPCore處理器、ARM1176處理器、ARM1156處理器、ARM1136處理器，它們是基于ARMv6架構(gòu)，分別針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域。ARM1156處理器主要應(yīng)用在高可靠性和實(shí)時(shí)嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域，與手機(jī)關(guān)聯(lián)不大，此處略去介紹。

ARM11 MPCore使用多核處理器結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)從1個(gè)內(nèi)核到4個(gè)內(nèi)核的多核可擴(kuò)展性，從而使具有單個(gè)宏的簡(jiǎn)單系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以集成高達(dá)單個(gè)內(nèi)核的4倍的性能。Cortex-A5處理器是ARM11MPCore的相關(guān)后續(xù)產(chǎn)品。

ARM1176處理器主要應(yīng)用在智能手機(jī)、數(shù)字電視和電子閱讀器中，在這些領(lǐng)域得到廣泛部署，它可提供媒體和瀏覽器功能、安全計(jì)算環(huán)境，在低成本設(shè)計(jì)的情況下性能高達(dá)1GHz。

ARM1136處理器包含帶媒體擴(kuò)展的ARMv6 指令集、Thumb代碼壓縮技術(shù)以及可選的浮點(diǎn)協(xié)處理器。ARM1136是一個(gè)成熟的內(nèi)核，作為一種應(yīng)用處理器廣泛部署在手機(jī)和消費(fèi)類應(yīng)用場(chǎng)合中。在采用 90G工藝時(shí)性能可達(dá)到600MHz以上，在面積為2平方毫米且采用65納米工藝時(shí)可達(dá)到1GHz。

應(yīng)用案例：高通MSM7225（HTCG8）、MSM7227（HTCG6、三星S5830、索尼愛(ài)立信X8等）、Tegra APX 2500、博通BCM2727（諾基亞N8）、博通BCM2763（諾基亞PureView 808）、 Telechip 8902（平板電腦）。

●ARM9系列和ARM7系列處理器架構(gòu)解析

ARM9系列處理器系列包括ARM926EJ-S、ARM946E-S和 ARM968E-S處理器。其中前兩者主要針對(duì)嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng)用，我們這里就主要針對(duì)ARM926EJ-S進(jìn)行介紹。

ARM926EJ-S基于ARMv5TE架構(gòu)，作為入門級(jí)處理器，它支持各種操作系統(tǒng)，如Linux、Windows CE和Symbian。ARM926EJ-S 處理器已授權(quán)于全球100多家硅片供應(yīng)商，并不斷在眾多產(chǎn)品和應(yīng)用中得到成功部署，應(yīng)用廣泛。

應(yīng)用案例：TI OMAP 1710。諾基亞N73、諾基亞E65、三星SGH-i600等手機(jī)采用的都是該處理器，以及包括米爾科技的 MYS-SAM9X5 系列工控開(kāi)發(fā)板。

ARM9 開(kāi)發(fā)板

●ARM7系列處理器

ARM7系列處理器系列包括ARM7TDMI-S（ARMv4T架構(gòu)）和ARM7EJ-S（ARMv5TEJ架構(gòu)），最早在1994推出，相對(duì)上面產(chǎn)品來(lái)說(shuō)已經(jīng)顯舊。雖然現(xiàn)在ARM7處理器系列仍用于某些簡(jiǎn)單的32位設(shè)備，但是更新的嵌入式設(shè)計(jì)正在越來(lái)越多地使用最新的ARM處理器，這些處理器在技術(shù)上比ARM 7系列有了顯著改進(jìn)。