ARM Cortex系列處理器知識點匯總

眾所周知，英國的ARM公司是嵌入式微處理器世界當中的佼佼者。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)的知識產(chǎn)權(quán)授權(quán)給各個芯片廠商，精簡的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份額，甚至現(xiàn)在，ARM芯片在上網(wǎng)本市場的也大有與INTEL的ATOM處理器一較高低的實力。

目前，隨著對嵌入式系統(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峻的考驗，最典型的例子就是伴隨3G網(wǎng)絡(luò)的推廣，對手機的本地處理能力要求很高，現(xiàn)在一個高端的智能手機的處理能力幾乎可以和幾年前的筆記本電腦相當。為了迎合市場的需求，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系列處理器知識點匯總。

ARM Cortex系列處理器

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提供服務。

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

2、Cortex-R：針對實時系統(tǒng)

3、Cortex-M：微控制器

ARM Cortex系列處理器——Cortex-A

ARM Cortex-A 系列是一系列用于復雜操作系統(tǒng)和用戶應用程序的應用程序處理器。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算要求、運行豐富操作系統(tǒng)以及提供交互媒體和圖形體驗的應用領(lǐng)域。

如圖所示，綠色的部分都是v7-A的架構(gòu)，藍色的是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。在右邊的每個部分，比如說需要高效能的最上面的A15-A73這個部分是最高效的，接下來就是比較注重整個效率的部分了，中間那個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到了最好的標準。

如果非要給他們一個排序的話，從高到低大體上可排序為：Cortex-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。

ARM Cortex系列處理器——Cortex-M

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大。例如，Cortex-M4和Cortex-M7處理器應用在許多高性能的微控制器產(chǎn)品中，最大的時鐘頻率可以達到400Mhz。

當然，性能不是選擇處理器的唯一指標。在許多應用中，低功耗和成本是關(guān)鍵的選擇指標。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處理器有一個非常不同的架構(gòu)。例如：

——僅支持ARM Thumb?指令，已擴展到同時支持16位和32位指令Thumb-2版本

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

——中斷處理函數(shù)可以使用標準的C語言編程，嵌套中斷處理機制避免了使用軟件判斷哪一個中斷需要響應處理。同時，中斷響應速度是確定性的，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，老的項目需要修改和重新編譯才能遷移到Cortex-M的產(chǎn)品上。

ARM Cortex系列處理器——Cortex-R

R4：

第一個基于ARMv7-R體系的嵌入式實時處理器。專用于大容量深層嵌入式片上系統(tǒng)應用，

如硬盤驅(qū)動控制器、無限基帶處理器、消費產(chǎn)品手機MTK平臺和汽車系統(tǒng)的電子控制單元。

R5：

2010年推出，基于ARMv7-R體系，擴展了 Cortex-R4 處理器的功能集，支持在可靠的實時系統(tǒng)中獲得更高級別的系統(tǒng)性能、提高效率和可靠性并加強錯誤管理。這些系統(tǒng)級功能包括高優(yōu)先級的低延遲外設(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 處理器可以實現(xiàn)以將近 1 GHz 的頻率運行，此時它可提供 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。它是高性能實時 SoC 的標準。Cortex-R7 處理器是為基于 65 nm 至 28 nm 的高級芯片工藝的實現(xiàn)而設(shè)計的，此外其設(shè)計重點在于提升能效、實時響應性、高級功能和簡化系統(tǒng)設(shè)計?；?40 nm G 工藝，Cortex-R7 處理器可以實現(xiàn)以超過 1 GHz 的頻率運行，此時它可提供 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)計人員可在受限制的芯片資源內(nèi)達到高標準的硬實時要求。