Cortex-R4處理器采用ARMv7體系結(jié)構(gòu),讓它能與現(xiàn)有的程序維持完全的回溯兼容性,能支持現(xiàn)今建立在全球各地數(shù)十億的系統(tǒng);并已針對Thumb-2指令進(jìn)行最佳化設(shè)計。此項特性帶來很多的利益,其中包括：更低的時鐘速度所帶來的省電效益;更高的性能將各種多功能特色帶人移動電話與汽車產(chǎn)品的設(shè)計;更復(fù)雜的算法支持更高性能的數(shù)碼影像與內(nèi)建硬盤的系統(tǒng)。運(yùn)用Thumb-2指令集,加上RealView開發(fā)套件,使芯片內(nèi)部存儲器的容量最多得以降低30％,大幅降低系統(tǒng)成本,其速度比在ARM946E-S處理器所使用的Thumb指令集高出40％。由于存儲器在芯片中的占用空間愈來愈多,因此這項設(shè)計將大幅節(jié)省芯片容量,讓芯片制造商運(yùn)用這款處理器開發(fā)各種SoC(System on a Chip)器件。相比于前幾代的處理器,Cortex-R4處理器高效率的設(shè)計方案,使其能以更低的時鐘達(dá)到更高的性能;經(jīng)過最佳化設(shè)計的Artisan Metro內(nèi)存,則進(jìn)一步降低嵌入式系統(tǒng)的體積與成本。處理器搭載一個先進(jìn)的微架構(gòu),具備雙指令發(fā)送功能,采用90 nm工藝并搭配Artisan Advantage程序庫的組件,底面積不到1 mm2,耗電量低于0.27mW／MHz,并能提供超過600 DMIPS的性能。
Cortex-R4處理器在各種安全應(yīng)用上加入容錯功能和內(nèi)存保護(hù)機(jī)制,支持最新版OSEK實時操作系統(tǒng);支持RealView Develop系列軟件開發(fā)工具、RealView Create系列ESL工具與模塊,以及Core Sight除錯與追蹤技術(shù),協(xié)助設(shè)計者迅速開發(fā)各種嵌入式系統(tǒng)。
3.2 ARM Cortex-R4F處理器技術(shù)特點
Cortex-R4F處理器結(jié)構(gòu)如圖4所示。該處理器擁有針對汽車市場而開發(fā)的各項先進(jìn)功能,包括自動除錯功能、可相互連結(jié)的錯誤偵測機(jī)制,以及可選擇優(yōu)化的浮點運(yùn)算單元(FPU,Floating-Point Unit)。ECC技術(shù)能監(jiān)控內(nèi)存存取作業(yè),偵測并校正各種錯誤。當(dāng)發(fā)生內(nèi)存錯誤時,ECC邏輯除通報錯誤并停止系統(tǒng)運(yùn)作外,還會加以校正。它還擁有Cortex-R4系列的各項先進(jìn)功能,能夠透過高效能內(nèi)存保護(hù)單元、高速緩存,以及緊密耦合內(nèi)存,使處理器能針對各種不同的應(yīng)用進(jìn)行最佳化調(diào)整;同時將傳統(tǒng)處理器中的錯誤偵測功能延伸至整個SoC中,系統(tǒng)會不斷地掃描先前偵錯的資料,以提升系統(tǒng)的可靠度�；趯Π踩阅艿闹匾�,Cortex-R4F處理器特別搭載了高分辨率內(nèi)存保護(hù)機(jī)制,能嚴(yán)密控制獨(dú)立的軟件作業(yè)。
Cortex-R4F處理器中執(zhí)行浮點運(yùn)算的FPU,提供勝過固定小數(shù)點操作數(shù)的動態(tài)范圍及精準(zhǔn)度。該FPU與ARM其他處理器核心之間的FPU均維持回溯兼容性,并針對各種汽車應(yīng)用常見的單精度處理作業(yè)進(jìn)行優(yōu)化。使用單倍精度格式,而非雙倍精度的數(shù)值資料,不僅能將數(shù)據(jù)處理速度提升至2倍,更能維持必要的精度以提高SoC設(shè)計的效率。
Cortex-R4F處理器采用一套具備雙指令發(fā)送功能的先進(jìn)微架構(gòu),透過ARM Artisan Advantage程序庫中針對90 nm工藝的優(yōu)化,達(dá)到超過800 DMIPS的性能水準(zhǔn)。Level 1內(nèi)存松散的時序設(shè)計,使組件能使用高密度、低功耗的RAM,使在總成本中占有高比重的內(nèi)存,能像處理器邏輯一樣擁有節(jié)省空間的優(yōu)勢。在90 nm工藝下,占用空間不到1 mm2,且耗電量不到0.27 mW／MHz,有效地協(xié)助系統(tǒng)開發(fā)者降低成本與功耗。該處理器采用ARMv7ISA架構(gòu),能與已被全球數(shù)十億臺系統(tǒng)所采用的ARM程序代碼維持回溯兼容性,并針對Thumb-2指令集進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計。運(yùn)用Thumb-2指令,搭配ARM RealView開發(fā)套件,使芯片內(nèi)部存儲器的容量最大能縮減30％,大幅降低系統(tǒng)成本。此外,相較于內(nèi)建在ARM946E-S處理器的舊版Thumb指令集,新技術(shù)能夠提高40％的工作效能。
4 ARM Cortex-A8處理器技術(shù)特點
ARM Cortex-A8處理器是一款適用于復(fù)雜操作系統(tǒng)及用戶應(yīng)用的應(yīng)用處理器,其結(jié)構(gòu)如圖5所示。支持智能能源管理(IEM,Intelligent Energy Manger)技術(shù)的ARM Artisan庫以及先進(jìn)的泄漏控制技術(shù),使得Cortex-A8處理器實現(xiàn)了非凡的速度和功耗效率。在65 nm上藝下,ARM cortex-A8處理器的功耗不到300 mW,能夠提供高性能和低功耗。它第一次為低費(fèi)用、高容量的產(chǎn)品帶來了臺式機(jī)級別的性能。
ortex-A8處理器是第一款基于下一代ARMv7架構(gòu)的應(yīng)用處理器,使用了能夠帶來更高性能、更低功耗和更高代碼密度的Thumb-2技術(shù)。它首次采用了強(qiáng)大的NEON信號處理擴(kuò)展集,為H.264和MP3等媒體編解碼提供加速。Cortex-A8的解決方案還包括Jazelle-RCTJava加速技術(shù),對實時(JIT)和動態(tài)調(diào)整編譯(DAC)提供最優(yōu)化,同時減少內(nèi)存占用空間高達(dá)3倍。該處理器配置了先進(jìn)的超標(biāo)量體系結(jié)構(gòu)流水線,能夠同時執(zhí)行多條指令,并且提供超過2.0 DMIPS／MHz的性能。處理器集成了一個可調(diào)尺寸的二級高速緩沖存儲器,能夠同高速的16 KB或者32 KB一級高速緩沖存儲器一起工作,從而達(dá)到最快的讀取速度和最大的吞吐量。新處理器還配置了用于安全交易和數(shù)字版權(quán)管理的Trust Zone技術(shù),以及實現(xiàn)低功耗管理的IEM功能。
Cortex-A8處理器使用了先進(jìn)的分支預(yù)測技術(shù),并且具有專用的NEON整型和浮點型流水線進(jìn)行媒體和信號處理。在使用小于4 mm2的硅片及低功耗的65 nm工藝的情況下,Cortex-A8處理器的運(yùn)行頻率將高于600MHz(不包括NEON追蹤技術(shù)和二級高速緩沖存儲器)。在高性能的90 nm和65 nm工藝下,Cortex-A8處理器運(yùn)行頻率最高可達(dá)1 GHz,能夠滿足高性能消費(fèi)產(chǎn)品設(shè)計的需要。
結(jié) 語
