浅谈ARM-Cortex系列处理器之区别.docx

浅谈ARM Cortex系列处理器之区别市面上ARM Cortex系列包括3个系列，包括ARM Cortex-A, ARM Cortex-R, ARM Cortex-M,Z这三种系列，并且每个系列又分多种子版本，每个子版本都有各自的特点。很好的为设计人员提供非常广泛的具有可扩展性的性能选项，从而有机会在多种选项中选择最适合自身应用的内核，而非千篇一律的采用同一方案。其中，1， Cortex-A面向性能密集型系统的应用处理器内核2， Cortex-R面向实时应用的高性能内核3， Cortex-M面向各类嵌入式应用的微控制器内核 Cortex-A处理器为利用操作系统（例如Linux或者Android ，IOS）的设备提供了一系列解决方案，这些设备被用于各类应用，从低成本手持设备到智能手机、平板电脑、机顶盒以及企业网络设备等。早期的Cortex-A系列处理器（A5、A7、A8、A9、A12、A15和A17）基于 ARMv7-A架构。每种内核都共享相同的功能集，例如NEON媒体处理引擎、Trustzone安全扩展、单精度和双精度浮点支持、以及对多种指令集 （ARM、Thumb-2、Thumb、Jazelle和DSP）的支持。与此同时，这些处理器也具有极高的设计灵活性，能够提供所需的最佳性能和预期的功效。介绍过Cortex-A，下面介绍Cortex-R系列衍生产品中体积最小的ARM处理器，这一点也最不为人所知。Cortex-R处理器针对高性能实时应用，例如硬盘控制器（或固态驱动控制器）、企业中的网络设备和打印机、消费电子设备（例如蓝光播放器和媒体播放器）、以及汽车应用（例如安全气囊、制动系统和发动机管理）。Cortex-R系列在某些方面与高端微控制器（MCU）类似，但是，针对的是比通常使用标准MCU的系统还要大型的系统。例如，Cortex-R4就非常适合汽车应用。Cortex-R4主频可以高达600MHz（具有2.45DMIPS/MHz），配有8级流水线，具有双发送、预取和分支预测功能、以及低延迟中断系统，可以中断多周期操作而快速进入中断服务程序。Cortex-R4还可以与另外一个Cortex-R4 构成双内核配置，一同组成一个带有失效检测逻辑的冗余锁步（lock-step）配置，从而非常适合要求安全系数的系统。最后，我们来讨论Cortex-M系列，自首款Cortex-M处理器于2004年发布以来，此系列处理器Cortex-M4、Cortex-M3、Cortex-M1 FPGA 和 Cortex-M0 Cortex-M7等几种相关处理器。特别设计针对竞争已经非常激烈的MCU市场。Cortex-M系列基于ARMv7-M架构（用于 Cortex-M3和Cortex-M4）构建，而较低的Cortex-M0+基于ARMv6-M架构构建。当一些主流MCU供应商选择这系列内核，并开始生产MCU器件后，Cortex-M处理器迅速受到市场青睐。可以肯定的说，Cortex-M之于32位 MCU就如同8051之于8位MCU受到众多供应商支持的工业标准内核，各家供应商采用该内核加之自己特别的开发，在市场中提供差异化产品。例如，Cortex-M系列能够实现在FPGA中作为软核来用，但更常见的用法是作为集成了存储器、时钟和外设的MCU。在该系列产品中，有些产品专注最佳能效、有些专注最高性能、而有些产品则专门应用于诸如智能电表这样的细分市场其中，Cortex-M3和Cortex-M4是非常相似的内核。二者都具有1.25DMIPS/MHz的性能，配有3级流水线、多重32位总线接口、时钟速率可高达200MHz，并配有非常高效的调试选项。最大的不同是，Cortex-M4的内核性能针对的是DSP。Cortex-M3和Cortex- M4具有相同的架构和指令集（Thumb-2）。然而，Cortex-M4增加了一系列特别针对处理DSP算法而优化的饱和运算和SIMD指令。以每 0.5秒运行一次的512点FFT为例，如果分别在同类量产的Cortex-M3 MCU和Cortex-M4 MCU上运行，完成同样的工作，Cortex-M3所需功耗约是Cortex-M4所需功耗的三倍。而对于成本特别敏感的应用或者正在从8位迁移到32位的应用而言，Cortex-M系列的最低端产品可能是最佳选择。虽然Cortex-M0+的性能为0.95DMIPS/MHz，比Cortex-M3和Cortex-M4的性能稍稍低一些，但仍可与同系列其他高端产品兼容。综上所述，Cortex处