ARM Cortex系列處理器知識(shí)點(diǎn)匯總

眾所周知，英國(guó)的ARM公司是嵌入式微處理器世界當(dāng)中的佼佼者。ARM一直以來都是自己研發(fā)微處理器內(nèi)核架構(gòu)，然后將這些架構(gòu)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)授權(quán)給各個(gè)芯片廠商，精簡(jiǎn)的CPU架構(gòu)，高效的處理能力以及成功的商業(yè)模式讓ARM公司獲得了巨大的成功，使他迅速占據(jù)了32位嵌入式微處理器的大部分市場(chǎng)份額，甚至現(xiàn)在，ARM芯片在上網(wǎng)本市場(chǎng)的也大有與INTEL的ATOM處理器一較高低的實(shí)力。

目前，隨著對(duì)嵌入式系統(tǒng)的要求越來越高，作為其核心的嵌入式微處理器的綜合性能也受到日益嚴(yán)峻的考驗(yàn)，最典型的例子就是伴隨3G網(wǎng)絡(luò)的推廣，對(duì)手機(jī)的本地處理能力要求很高，現(xiàn)在一個(gè)高端的智能手機(jī)的處理能力幾乎可以和幾年前的筆記本電腦相當(dāng)。為了迎合市場(chǎng)的需求，ARM公司也在加緊研發(fā)他們最新的 ARM架構(gòu)，Cortex系列就是這樣的產(chǎn)品。那么我們今天就不妨好好了解一下ARM Cortex系列處理器知識(shí)點(diǎn)匯總。

ARM公司在經(jīng)典處理器ARM11以后的產(chǎn)品改用Cortex命名，并分成A、R和M三類，旨在為各種不同的市場(chǎng)提供服務(wù)。

1、Cortex-A：面向尖端的基于虛擬內(nèi)存的操作系統(tǒng)和用戶應(yīng)用

2、Cortex-R：針對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)

3、Cortex-M：微控制器

ARM Cortex-A 系列是一系列用于復(fù)雜操作系統(tǒng)和用戶應(yīng)用程序的應(yīng)用程序處理器。Cortex-A 系列處理器支持 ARM、Thumb 和 Thumb-2 指令集。

ARM公司的Cortex-A系列處理器適用于具有高計(jì)算要求、運(yùn)行豐富操作系統(tǒng)以及提供交互媒體和圖形體驗(yàn)的應(yīng)用領(lǐng)域。

如圖所示，綠色的部分都是v7-A的架構(gòu)，藍(lán)色的是v8-A架構(gòu)，基本上綠色都是可以支持到32和64位的，除了A32，只支持到32位。在右邊的每個(gè)部分，比如說需要高效能的最上面的A15-A73這個(gè)部分是最高效的，接下來就是比較注重整個(gè)效率的部分了，中間那個(gè)部分是比較高效率的，最下面那欄的是效率最好的，在電池的效能方面達(dá)到了最好的標(biāo)準(zhǔn)。

如果非要給他們一個(gè)排序的話，從高到低大體上可排序?yàn)椋篊ortex-A73處理器、Cortex-A72處理器、Cortex-A57處理器、Cortex-A53處理器、Cortex-A35處理器、Cortex-A32處理器、Cortex-A17處理器、Cortex-A15處理器、Cortex-A7處理器、Cortex-A9處理器、Cortex-A8處理器、Cortex-A5處理器。

Cortex－M處理器家族更多的集中在低性能端，但是這些處理器相比于許多微控制器使用的傳統(tǒng)處理器性能仍然很強(qiáng)大。例如，Cortex－M4和Cortex－M7處理器應(yīng)用在許多高性能的微控制器產(chǎn)品中，最大的時(shí)鐘頻率可以達(dá)到400Mhz。

當(dāng)然，性能不是選擇處理器的唯一指標(biāo)。在許多應(yīng)用中，低功耗和成本是關(guān)鍵的選擇指標(biāo)。因此，Cortex－M處理器家族包含各種產(chǎn)品來滿足不同的需求：

不同于老的經(jīng)典ARM處理器（例如，ARM7TDMI， ARM9）， Cortex－M處理器有一個(gè)非常不同的架構(gòu)。例如：

——僅支持ARM Thumb？指令，已擴(kuò)展到同時(shí)支持16位和32位指令Thumb－2版本

——內(nèi)置的嵌套向量中斷控制負(fù)責(zé)中斷處理，自動(dòng)處理中斷優(yōu)先級(jí)，中斷屏蔽，中斷嵌套和系統(tǒng)異常處理。

——中斷處理函數(shù)可以使用標(biāo)準(zhǔn)的C語言編程，嵌套中斷處理機(jī)制避免了使用軟件判斷哪一個(gè)中斷需要響應(yīng)處理。同時(shí)，中斷響應(yīng)速度是確定性的，低延遲的

——向量表從跳轉(zhuǎn)指令變?yōu)橹袛嗪拖到y(tǒng)異常處理函數(shù)的起始地址。

——寄存器組和某些編程模式也做了改變。

這些變化意味著許多為經(jīng)典ARM處理器編寫的匯編代碼需要修改，老的項(xiàng)目需要修改和重新編譯才能遷移到Cortex－M的產(chǎn)品上。

R4：

第一個(gè)基于ARMv7-R體系的嵌入式實(shí)時(shí)處理器。專用于大容量深層嵌入式片上系統(tǒng)應(yīng)用，

如硬盤驅(qū)動(dòng)控制器、無限基帶處理器、消費(fèi)產(chǎn)品手機(jī)MTK平臺(tái)和汽車系統(tǒng)的電子控制單元。

R5：

2010年推出，基于ARMv7-R體系，擴(kuò)展了 Cortex-R4 處理器的功能集，支持在可靠的實(shí)時(shí)系統(tǒng)中獲得更高級(jí)別的系統(tǒng)性能、提高效率和可靠性并加強(qiáng)錯(cuò)誤管理。這些系統(tǒng)級(jí)功能包括高優(yōu)先級(jí)的低延遲外設(shè)端口 （LLPP） 和加速器一致性端口 （ACP），前者用于快速外設(shè)讀寫，后來用于提高效率并與外部數(shù)據(jù)源達(dá)成更可靠的高速緩存一致性。

基于 40 nm G 工藝，Cortex-R5 處理器可以實(shí)現(xiàn)以將近 1 GHz 的頻率運(yùn)行，此時(shí)它可提供 1，500 Dhrystone MIPS 的性能。該處理器提供高度靈活且有效的雙周期本地內(nèi)存接口，使 SoC 設(shè)計(jì)者可以最大限度地降低系統(tǒng)成本和功耗。

R7：

Cortex-R7 處理器是性能最高的 Cortex-R 系列處理器。它是高性能實(shí)時(shí) SoC 的標(biāo)準(zhǔn)。Cortex-R7 處理器是為基于 65 nm 至 28 nm 的高級(jí)芯片工藝的實(shí)現(xiàn)而設(shè)計(jì)的，此外其設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于提升能效、實(shí)時(shí)響應(yīng)性、高級(jí)功能和簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)?；?40 nm G 工藝，Cortex-R7 處理器可以實(shí)現(xiàn)以超過 1 GHz 的頻率運(yùn)行，此時(shí)它可提供 2，700 Dhrystone MIPS 的性能。該處理器提供支持緊密耦合內(nèi)存 （TCM） 本地共享內(nèi)存和外設(shè)端口的靈活的本地內(nèi)存系統(tǒng)，使 SoC 設(shè)計(jì)人員可在受限制的芯片資源內(nèi)達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)的硬實(shí)時(shí)要求。