1-ARM-Cortex-A系列处理器(A5、A7、A8、A9、A15)区别对比

ARMCortex-A系列处理器(A5、A7、A8、A9、A15)区别对比2012-12-07本文介绍了基于ARMv7-A架构的ARMCortex-A系列处理器(Cortex-A5,Cortex-A7,Cortex-A8,Cortex-A9,Cortex-A15)的基本特性，基本上都可以支持ARM、Thumb-2、Thumb指令集，支持Java加速扩展的Jazelle技术、ThustZone的安全扩展以及针对浮点FPU的VFP硬件扩展和并行多数据的SIMD的NEON多媒体处理器扩展、支持主流的嵌入式OS（Symbian、Linux、Android、WindowsMobile、WindowsPhone）、支持分支预测branchprediction。但各处理器在VFP/NEON的类型、半精度浮点（16-bithalfprecisionfloating-point）的支持、多核MPCore、流水线pipeline、单MHz处理性能、L1/L2cache控制器、乱序执行、指令dual-issue并发等方面有略有不同。ARMCortex系列处理器核包括Cortex-A系列（高性能，具备MMU，可以运行如Symbian、Linux、Android，WindowsCE等操作系统）、Cortex-R系列（高端嵌入式满足高性能高可靠性的实时需求）、Cortex-M（嵌入式单片机，低功耗，低成本）。表1.ARMCortex处理器和架构版本（应用处理器、实时处理器和微控制器）v7-A(Applications)v7-R(RealTime)v6-M/v7-M(Microcontroller)Cortex-A5(Single/MP)Cortex-R4Cortex-M0+(ARMv6-M)Cortex-A7(MP)Cortex-R5Cortex-M0(ARMv6-M)Cortex-A8(Single)Cortex-R7Cortex-M1?(ARMv6-M)Cortex-A9(Single/MP)Cortex-M3?(ARMv7-M)Cortex-A15(MP)Cortex-M4(F)(ARMv7E-M)Cortex-A处理器共性ARMv7-A体系结构对所有操作系统的支持oLinux完整分配-Android、Chrome、Ubuntu和DebianoLinux第三方-MontaVista、QNX、WindRiveroSymbianoWindowsCEo需要使用内存管理单元的其他操作系统支持指令集支持-ARM、Thumb-2(提供最佳代码密度和性能混用)、Thumb、Jazelle、DSPTrustZone安全扩展VFP高级单精度和双精度浮点支持NEON媒体处理引擎支持分支预测branchpredictionCortex-A5ARM核处理器图1.ARMCortex-A5处理器框架图Cortex-A5处理器支持ARMv7-A架构的特性，包括TrustZone安全扩展NEON多媒体处理引擎，芯片面积和功耗特性很好，但处理性能性对于其他Cortex-A略差，如只相当于Cortex-A8的80%性能，Cortex-A15的一半性能。Cortex-A5可以支持多核。Cortex-A5处理器支持双发dualissue以及分支预测branchprediction。NEON和VFP的硬件可选。Cortex-A5支持ARM和Thumb指令集，并可以包含Jazelle-DBX和Jazelle-RCT的Java加速技术。Cortex-A5处理器是尺寸最小、功耗最低(可以低至0.08mw~0.12mw/MHz)的ARM多核处理器，能够向最广泛的设备提供Internet访问：包括超低成本手机、特色手机和智能移动终端以及普遍采用的嵌入式、消费类和工业设备。Cortex-A5处理器的应用与Cortex-A8、Cortex-A9和Cortex-A15处理器完全兼容，能够立即访问已得到认可的开发平台和软件体系，包括Android、AdobeFlash、JavaPlatformStandardEdition(JavaSE)、JavaFX、Linux、MicrosoftWindowsEmbedded、Symbian和Ubuntu。Cortex-A5与Cortex-A8、Cortex-A9和Cortex-A15处理器的完全应用兼容性,为大量现有ARM926EJ-S和ARM1176JZ-S处理器授权使用方提供了高价值的迁移途径。Cortex-A5功耗和面积只有Cortex-A9的1/3，且具有完全的指令集兼容性。Cortex-A7ARM核处理器图2.ARMCortex-A7处理器框架图Cortex-A7处理器的功耗和面积与超高效Cortex-A5相似，但性能提升15~20%，Cortex-A7是ARM的大小核设计中的小核部分，并且与高端Cortex-A15CPU体系结构完全兼容。Cortex-A7处理器包括了高性能处理器Cortex-A15的一切特性，包括虚拟化（virtualization）、大容量物理内存地址扩展（LargePhysicalAddressExtensions(LPAE)，可以寻址到1TB的存储空间）、NEON、VFP以及AMBA4ACEcoherency（AMBA4CacheCoherentInterconnect(CCI)）。Cortex-A7支持多核MPCore的设计以及Big+Little的大小核设计。小型高能效的Cortex-A7是最新低成本智能手机和平板电脑中独立CPU的理想之选，并可在big.LITTLE处理配置中与Cortex-A15结合。Cortex-A8ARM核处理器Cortex-A8处理器是第一个使用ARMv7-A架构的处理器。很多应用处理器以Cortex-A8为核心，如S5PC100（Samsung），OMAP3530（TI，TexasInstruments），i.MX515（Freescale）。下图3是Cortex-A8的处理器包括pipeline流水线的框架图。图3.ARMCortex-A8处理器框架图Cortex-A8处理器是一个双指令执行的有序超标量处理器，针对高度优化的能效实现可提供2.0DhrystoneMIPS（每MHz），这些实现可提供基于传统单核处理器的设备所需的高级别的性能。Cortex-A8在市场中构建了ARMv7体系结构，可用于不同应用，包括智能手机、智能本、便携式媒体播放器以及其他消费类和企业平台。分开的L1指令和数据cache大小可以为16KB或者32KB，指令和数据共享L2cache，容量可以到1MB。L1和L2cache的cache数据宽度为128比特，L1cache是虚拟索引，物理上连续，而L2完全使用物理地址。Cortex-A8的L1cache行宽度为64byte，L2cache在片内集成。另外和Cortex-A9相比，由于Cortex-A8支持的浮点VFP运算非常有限，其VFP的速度非常慢，往往相同的浮点运算，其速度是Cortex-A9的1/10。Cortex-A8能并发某些NEON指令（如NEON的load/store和其他的NEON指令），而Cortex-A9因为NEON位宽限制不能并发。Cortex-A8的NEON和ARM是分开的，即ARM核和NEON核的执行流水线分开，NEON访问ARM寄存器很快，但是ARM端需要NEON寄存器的数据会非常慢。使用Cortex-A8的设备使用Cortex-A8处理器的设备包括Apple的ipad1（appleA4处理器），BeagleBoard(TIOMAP3530orTIDM3730)。HTCDesire,SBM7000,OregonStateUniversityOSWALD,GumstixOveroEarth,Pandora,AppleiPhone3GS,AppleiPodtouch(3rdand4thGeneration),AppleiPad(A4),AppleiPhone4(A4),Archos5,BeagleBoard,MotorolaDroid,MotorolaDroidX,MotorolaDroid2,MotorolaDroidR2D2Edition,PalmPre,SamsungOmniaHD,SamsungWaveS8500,Samsungi9000GalaxyS,SonyEricssonSatio,TouchBook,NokiaN900,MeizuM9,GoogleNexusS,SharpPC-Z1NetwalkerCortex-A9ARM核处理器Cortex-A9MPCore或者单核处理器单MHz性能比Cortex-A5或者Cortex-A8高，支持ARM,Thumb,Thumb-2,TrustZone,JazelleRCT，JazelleDBX技术。L1的cache控制器提供了硬件的cache一致性维护支持多核的cache一致性。核外的L2cache控制器(L2C-310,orPL310)支持最多8MB的cache。Cortex-A9的L1cache行宽度为32byte，L2cache因为多核的原因在核外集成，即通过SCU来访问多核共享的L2cache。图4.ARMCortex-A9单核处理器框架图使用Cortex-A9的设备常见的Cortex-A9处理器包括nVidia's双核Tegra-2,以及TI'sOMAP4平台。使用Cortex-A9处理器的设备包括Apple的ipad2（appleA5处理器），LGOptimus2X（nVidiaTegra-2），SamsungGalaxySII（SamsungExynos4210），SonyNGPPSP2，PandaBoard(TIOMAP4430orTIOMAP4460)，MotorolaAtrix4G,MotorolaDROIDBIONIC,MotorolaXoom。Cortex-A15ARM核处理器Cortex-A15MPCore处理器是目前Cortex-A系列中性能最高的处理器，一个突出的特性是其硬件的虚拟化技术(Hardwarevirtualization)以及大物理内存的扩展(LargePhysicalAddressExtension(LPAE),能寻址到1TB的内存)。图5.ARMCortex-A15单核处理器框架图使用Cortex-A15的设备目前集成Cortex-A15的处理器量产的只有Samsung的Exynos5系列处理器，但TI的OMAP5系列处理器也采用Cortex-A15的核。具体的设备有ArndaleBoard（）以及Samsung的Chromebook（）。ARMCortex-A系列处理器(Cortex-A5,Cortex-A7,Cortex-A8,Cortex-A9,Cortex-A15)的区别表2.ARMCortex-A各处理器(Cortex-A5,Cortex-A7,Cortex-A8,Cortex-A9,Cortex-A15)差别类别Cortex-A5Cortex-A7Cortex-A8Cortex-A9Cortex-A15发布时间2009年12月2011年10月2006年7月2008年3月2011年4月时钟频率~1GHz~1GHzon~1GHzon~2GHzon40nm~2.5GHzon28nm65nm28nmExecutionorder执行顺序In-order顺序执行In-orderIn-orderOutoforder乱序Outoforder乱序执行多核支持1to41to41(只单核)1to41to4峰值指令处理速度1.6DMIPS/MHz1.9DMIPS/MHz2DMIPS/MHz2.5DMIPS/MHz3.5DMIPS/MHzVFP/N