认识ARMCortex主流架构体系.doc

ARM Cortex主流架构体系深度普及A5、A7、A9、A9 Family/A9 二代Family架构以及其延伸出的大量方案，例如全志A20、炬力ATM 7021、瑞芯微3168、盈方微X15让许多消费者感到“不明觉厉”。本文将为“小白”用户作基础知识普及，为大家梳理不同架构的异同，以及其代表的平板方案特性。为大家购买或学习提供参考。1、认清ARM的命名ARM公司在经典处理器ARM11以后的产品改用Cortex命名，Cortex系列属于ARMV7架构，这是ARM公司最新的指令集架构。ARM V7架构定义了三大分工明确的系列：“A”系列面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用；“R”系列针对实时系统；“M”系列对微控制器。由于应用领域不同，基于V7架构的Cortex处理器系列所采用的技术也不相同，基于V7A的称为Cortex A系列，基于V7R的称为Cortex R系列，基于V7M的称为Cortex M系列。2、Cortex A5：最低端利器Cortex A5是Cortex A家族中最低端的。Cortex A5与Cortex A7、Cortex A8、Cortex A9以及Cortex A15同属于Cortex A系列处理器。Cortex A5多核处理器利用ARM MPCore技术，Cortex A5处理器包括了TrustZone安全技术，以及在Cortex A8处理器上率先引入的NEON多媒体处理引擎。NEON技术是用于Cortex A 系列处理器的128 位SIMD（单指令、多数据）架构扩展集，为密集型多媒体应用提供了加速功能。Cortex A5内部核心数目1-4核可选，采用四核配置时，SOC芯片内部还可搭配Mail GPU或由用户按需求配用PowerVR MBX/SGXGPU。默认工作电压1.1V,单核核心频率480MHz，四核核心频率可达1GHz，含缓存的核心面积最小仅1平方毫米，一级缓存容量最大64KB，功耗/频率比参数为0.12mW/MHz。双核版本的A5可以完胜更高端的A8，但与双核的A7、A9相比还有一定的差距。A5处理器或最终止步于双核且已经站在了淘汰的边缘。在平板类产品中，例如当前热炒的盈方微X15双核方案，即为40nm制程A5架构，只有单核GPU MALI400，GPU主频500MHZ。包括炬力ATM 7021、ATM 7023双核，ATM7029等产品，均为A5架构。而在手机类产品，熟知的高通MSM7227A/7627A（HTC新渴望VT）、MSM8225/8625（北斗小辣椒）等均为A5架构方案。3、Cortex A8：华丽谢幕不能不说，智能终端之所以能被冠以“智能”的称号，最初都是仰仗Cortex-A8处理器的强悍性能。A8是首款基于ARMv7体系结构的单核产品，首次让ARM处理器的频率突破了1GHz大关并集成高性能的NEON单元（可以理解为GPU），从2009年开始席卷整个智能终端市场。大家熟知的MOTO里程碑2代、三星i9000、HTC G10等终端都是采用的是A8架构。4、Cortex A7：为“大小狗”而生Cortex-A7 处理器的架构和功能集与 Cortex-A15 处理器完全相同，不同之处在于，Cortex-A7 处理器的微架构侧重于提供最佳能效，因此这两种处理器可在 big.LITTLE 配置中协同工作，从而提供高性能与超低功耗的终极组合。ARM推出的“大小狗”方案，主要解决的是成本和运行当中的能耗控制，它可以在需要高性能的时候有一个主处理器运行，平时则用协处理器来维持低能耗，在同一时间当中，只会有一个主处理器和一个协处理器运行。但它具备的其实应该是在28nm制程阶段搭配A15架构的意义，如果用它来作为主处理器使用，性能其实很难得到保证40nm制程工艺的A7架构并不具备ARM官方设定的28nm性能和功耗优势。不过目前芯片方案商在A7上基本为40nm，因此无法获得最佳能耗。Cortex A7具备一颗8 stage的集成管线，并能支持双发。不过跟A8不同的是，A7不支持双发浮点或者说NEON指令集，不过有另外的指令集让A7实现单发。内部结构上的很多方面，A7都跟A8相似，不过在FPU等方面得到大幅加强。在平板与手机类产品中，全志A31四核（昂达V972平板）、联发科MT6589四核、高通MSM8226/MSM8626等，均采用A7架构方案。在双核类产品中，全志A20是ARM Cortex-A7构架的主要方案代表，40nm制程，主频为1.0GHz，也有说明“根据用户需要可以提升至1.2G”。GPU为MALI400 MP2，最后那个数字“2”代表“核心数量”，掌握这个就能很快速得读出全智A20是双核心GPU。比较遗憾的是A20抛弃了A31广受好评的SGX显示核心，改投MALI正营。5、Cortex A9：锋芒毕露Cortex A9是性能很高的ARM处理器。它可以提供史无前例的高性能和高能效。Cortex-A9 微体系结构既可用于可伸缩的多核处理器（Cortex-A9 MPCore多核处理器），也可用于更传统的处理器（Cortex-A9单核处理器）。可伸缩的多核处理器和单核处理器支持 16、32 或 64KB 4 路关联的 L1 高速缓存配置，对于可选的 L2 高速缓存控制器，最多支持 8MB 的 L2 高速缓存配置，它们具有极高的灵活性，均适用于特定应用领域和市场。Cortex A9 MPCore不仅能够空前提升峰值性能，而且拥有先进的电源管理功能，能够进一步降低功耗。有效地支持了设计灵活性和新的功能，从而进一步降低和控制处理器及系统层次的功耗。利用ARM MPCore技术的设计灵活性和先进的功耗管理技术，Cortex-A9MPCore的针对性应用能够在有限的功耗下维持移动设备的正常运转，从而为移动设备带来优于现有解决方案的峰值性能。A9作为目前最主流的架构，手机产品中，包括了德州仪器OMAP4系列（摩托XT910）、Tegra 2/3（HTC One X）、联发科MT6577（金立GN700W）、三星Exynos 4412（三星i9300）、华为K3V2（华为荣耀2）等均采用了此架构。而高通APQ8064（小米2）、MSM8260（小米1）等可以看做是A9的衍生版本。在平板类产品中，A9架构双核以瑞芯微RK3168、RK3066，四核RK3188为主力代表，几款产品均采用的是28nm制程工艺。以RK3168为例，功耗仅为Cortex-A7双核芯片的二分之一，最高主频为1.2GHz。例如RK3168/RK3188 pin-to-pin兼容。两颗同为28nm制程先进工艺，同类中功耗最低。由于基于A9架构，双核A9较A7，A5性能提升50%以上！功耗降低50%。6、A9 Family/A9 二代Family：披着A5马甲的怪胎事实上，在ARM官方英文或中文网，时至今日，仍然无法查得A9 Family这个称谓。但这个概念在主流媒体被广泛宣传，以至于消费者晕头转向。A9 Family，究竟是怎么诞生的呢？其实这是比较尴尬的叫法，为在参数上不落后于人，个别芯片厂商抛出这个概念，当时就有国内外媒体质疑其实就是A5构架。其实，整个所谓A9 Family/A9 二代Family均为55nm制程工艺，无论功耗还是性能，均无法与A7、A9架构相提并论。厂商为混淆视听，硬生生造出了一个A9 Family系列概念。这个概念，已被大量媒体披露、报道，在此笔记不再赘述。据国内权威媒体跑分测试，A5四核安兔兔跑分总分仅为5494分，GPU得分为1878，弱不禁风。7、结语正如文中所讲，消费者选购产品时，核数、参数只