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英国ladbrokes:揭开arm处理器架构内部的神秘面纱

 发布时间:2022-07-01 16:15:12 来源:英国ladbrokes网址 作者:英国ladbrokes官网

  ARM架构是当今世界上最受欢迎的处理器架构之一,每年出货数十亿个基于ARM的设备。共有三个体系结构配置:A、R和M。

  通常,一个终端设备使用多个ARM处理器,并且这些处理器实现不同的体系结构配置文件。例如,下图显示了在现代智能手机中可能会找到的内容:

  ARM推出新款ARMv8架构的Cortex-A50处理器系列产品,以此来扩大ARM在高性能与低功耗领域的领先地位,进一步抢占移动终端市场份额。Cortex-A50是继Cortex-A15之后的又一重量级产品,将会直接影响到主流PC市场的占有率。围绕该话题,我们今天不妨总结一下近几年来手机端较为主流的ARM处理器。

  Armv8-A是Arm的一个重要里程碑。直到包括Armv7-A/R在内,Arm架构都是32位架构。Armv8-A是64位体系结构,尽管它仍支持32位执行,以向后兼容旧版软件(例如,v7,v6和v5)。

  以由高到低的方式来看,ARM处理器大体上可以排序为:Cortex-A57处理器、Cortex-A53处理器、Cortex-A15处理器、Cortex-A12处理器、Cortex-A9处理器、Cortex-A8处理器、Cortex-A7处理器、Cortex-A5处理器、ARM11处理器、ARM9处理器、ARM7处理器,再往低的部分手机产品中基本已经不再使用,这里就不再介绍。

  Cortex-A57是ARM最先进、性能最高的应用处理器,号称可在同样的功耗水平下达到当今顶级智能手机性能的三倍;而Cortex-A53是世界上能效最高、面积最小的64位处理器,同等性能下能效是当今高端智能手机的三倍。这两款处理器还可整合为ARMbig.LITTLE(大小核心伴侣)处理器架构,根据运算需求在两者间进行切换,以结合高性能与高功耗效率的特点,两个处理器是独立运作的。

  ARM Cortex-A15处理器隶属于Cortex-A系列,基于ARMv7-A架构,是业界迄今为止性能最高且可授予许可的处理器。

  Cortex-A15MPCore处理器具有无序超标量管道,带有紧密耦合的低延迟2级高速缓存,该高速缓存的大小最高可达4MB。浮点和NEON媒体性能方面的其他改进使设备能够为消费者提供下一代用户体验,并为 Web 基础结构应用提供高性能计算。Cortex-A15处理器可以应用在智能手机、平板电脑、移动计算、高端数字家电、服务器和无线基础结构等设备上。

  理论上,Cortex-A15MPCore处理器的移动配置所能提供的性能是当前的高级智能手机性能的五倍还多。在高级基础结构应用中,Cortex-A15 的运行速度最高可达2.5GHz,这将支持在不断降低功耗、散热和成本预算方面实现高度可伸缩的解决方案。

  ARM表示Cortex-A12处理器未来将应用于大量的智能手机以及平板产品,但更加侧重于中端产品。同时ARM也预计在2015年,这些中端产品在数量上将远超过旗舰级别的智能手机及与平板。

  搭载Cortex-A12处理器的中端机在未来也将是非常有特点的产品,因为Cortex-A12能够支持虚拟化、AMDTrustZone技术,以及最大1TB的机身存储。这也就意味着未来搭载这一处理器的智能手机完全可以作为所谓的BYOD(Bring Your Own Device)设备使用,换句话说就是在作为自用手机的同时,还可以用作商务手机存储商务内容。

  同时Cortex-A12也搭载了全新的Mali-T622绘图芯片与Mali-V500视频编解码IP解决方案,同样也是以节能为目标。这样看来,定位中端市场,低功耗小尺寸,Cortex-A12最终必然会取代Cortex-A9。据悉,Cortex-A12将于2014年投放市场,到时候我们也许会迎来中端市场的一次改变。

  Cortex-A9 处理器的设计旨在打造最先进的、高效率的、长度动态可变的、多指令执行超标量体系结构,提供采用乱序猜测方式执行的 8 阶段管道处理器,凭借范围广泛的消费类、网络、企业和移动应用中的前沿产品所需的功能,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-A9MPCore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。

  ARM Cortex-A8处理器隶属于Cortex-A系列,基于ARMv7-A架构,是我们目前使用的单核手机中最为常见的产品。

  ARM Cortex-A8处理器是首款基于ARMv7体系结构的产品,能够将速度从600MHz提高到1GHz以上。Cortex-A8处理器可以满足需要在300mW以下运行的移动设备的功率优化要求;以及需要2000 Dhrystone MIPS的消费类应用领域的性能优化要求。

  Cortex-A8 高性能处理器目前已经非常成熟,从高端特色手机到上网本、DTV、打印机和汽车信息娱乐,Cortex-A8处理器都提供了可靠的高性能解决方案。

  ARM Cortex-A7处理器隶属于Cortex-A系列,基于ARMv7-A架构,它的特点是在保证性能的基础上提供了出色的低功耗表现。

  Cortex-A7处理器的体系结构和功能集与Cortex-A15 处理器完全相同,不同这处在于,Cortex-A7 处理器的微体系结构侧重于提供最佳能效,因此这两种处理器可在big.LITTLE(大小核大小核心伴侣结构)配置中协同工作,从而提供高性能与超低功耗的终极组合。单个Cortex-A7处理器的能源效率是ARM Cortex-A8处理器的5倍,性能提升50%,而尺寸仅为后者的五分之一。

  作为独立处理器,Cortex-A7可以使2013-2014年期间低于100美元价格点的入门级智能手机与2010 年500美元的高端智能手机相媲美。这些入门级智能手机在发展中世界将重新定义连接和Internet使用。

  应用案例:全志Cortex-A7四核平板芯片,联发科刚刚发布的MT6589。

  ARM Cortex-A5处理器隶属于Cortex-A系列,基于ARMv7-A架构,它是能效最高、成本最低的处理器。

  ARM11系列包括了ARM11MPCore处理器、ARM1176处理器、ARM1156处理器、ARM1136处理器,它们是基于ARMv6架构,分别针对不同应用领域。ARM1156处理器主要应用在高可靠性和实时嵌入式应用领域,与手机关联不大,此处略去介绍。

  ARM11MPCore使用多核处理器结构,可实现从1个内核到4个内核的多核可扩展性,从而使具有单个宏的简单系统设计可以集成高达单个内核的4倍的性能。Cortex-A5处理器是ARM11MPCore的相关后续产品。

  ARM1176处理器主要应用在智能手机、数字电视和电子阅读器中,在这些领域得到广泛部署,它可提供媒体和浏览器功能、安全计算环境,在低成本设计的情况下性能高达1GHz。

  ARM1136处理器包含带媒体扩展的ARMv6 指令集、Thumb代码压缩技术以及可选的浮点协处理器。ARM1136是一个成熟的内核,作为一种应用处理器广泛部署在手机和消费类应用场合中。在采用 90G工艺时性能可达到600MHz以上,在面积为2平方毫米且采用65纳米工艺时可达到1GHz。

  ARM9系列处理器系列包括ARM926EJ-S、ARM946E-S和 ARM968E-S处理器。其中前两者主要针对嵌入式实时应用,我们这里就主要针对ARM926EJ-S进行介绍。

  ARM926EJ-S基于ARMv5TE架构,作为入门级处理器,它支持各种操作系统,如Linux、Windows CE和Symbian。ARM926EJ-S 处理器已授权于全球100多家硅片供应商,并不断在众多产品和应用中得到成功部署,应用广泛。

  应用案例:TI OMAP 1710。诺基亚N73、诺基亚E65、三星SGH-i600等手机采用的都是该处理器,以及包括米尔科技的 MYS-SAM9X5 系列工控开发板。

  ARM7系列处理器系列包括ARM7TDMI-S(ARMv4T架构)和ARM7EJ-S(ARMv5TEJ架构),最早在1994推出,相对上面产品来说已经显旧。虽然现在ARM7处理器系列仍用于某些简单的32位设备,但是更新的嵌入式设计正在越来越多地使用最新的ARM处理器,这些处理器在技术上比ARM 7系列有了显著改进。

  Mali-G68是ARM首款次旗舰级GPU,定位于Mali-G70系列、Mali-G50系列中间,架构、特性完全沿袭Mali-G78,唯一区别就是最多只能支持6个核心。也就是配置1-6个核心就叫Mali-G68,配置7-24个核心就叫你Mali-G78。

  VUSec安全研究小组和英特尔周二披露了一个名为分支历史注入(branch history injection BHI)的Spectre级漏洞。这个新的漏洞影响到近年来发布的所有英特尔处理器,包括最新的Alder Lake CPU,以及一些特定的Arm内核。相比之下,AMD的芯片似乎不受影响。有意思的是,Intel在2021年产品安全报告中直言不讳的表示:2021年Intel处理器共有16个Bug报告,而AMD的Bug报告则有31个,这表示Intel在Bug方面处于领先地位。BHI是一个Poc验证代码攻击,影响到容易受到Spectre V2漏洞影响的CPU,但已经有各种缓解措施。据Phoronix报道,这种新的漏洞绕过了英特尔的eI

  有新的Spectre漏洞 /

  ARM处理器启动流程S3C2440支持启动方式:1. NorFlash启动2. NandFlash启动当处理器上电时,会自动从0地址处取第一条指令开始运行。左边为当选择NorFlash启动时地址的布局,右边为当选择NandFlash启动时地址的布局。NandFlash不像NorFlash一样参与统一编址,CPU不能直接访问其内容。NandFlash启动模式时,0地址处为Boot SRAM片内RAM大小4KB,Boot SRAM也称stepping stone。CPU上电后第一条指令从stepping stone获取,CPU会提前把NandFlash最前端的4KB内容复制到stepping stone(硬件自动完成)。CPU间接运行N

  启动流程(S3C2440) /

  ARM手册中都会有一些Programmers’ Model章节。那么什么是Programmers’ Model,Programmers’ Model是从编程者的角度来看,处理器提供了哪些可用的特性给编程人员。这里以ARM7TDMI-S 为基础来介绍一些基本的模型,对最新的内核也适用。想了解最新的可以参阅ARMv8-A的架构手册,里面可以看到有应用级和系统级的Programmers’ Model(分别有64位架构和32位架构的),有很多的特性。数据类型ARM7TDMI-S 可以支持下列的数据类型Byte(字节,8位)Halfword(半字,16位,以两字节为对齐边界)Word(字,32位,以四字节为对齐边界)处理器运行状态处理器在运行

  高通正寻求认真加强其 PC 处理器,昨晚宣布了下一代基于 Arm 的处理器计划,“旨在为 Windows PC 设定性能基准”,将能够与苹果的 M 系列处理器并驾齐驱。高通首席技术官 James Thompson 博士在公司 2021 年投资者大会上宣布了新处理器的计划,目标是在 2023 年推出,推出前九个月内向硬件客户提供样品。据 The Verge 报道,新处理器将由 Nuvia 团队设计,高通今年早些时候以 14 亿美元的巨额收购收购了该团队。值得注意的是,Nuvia 是由三位前苹果员工于 2019 年创立的,他们之前为苹果的 A 系列处理器工作过。高通也做出了重大承诺:除了与苹果一流的 M 系列处理器竞争之外,高通

  :由苹果前员工负责开发 /

  一、ARM处理器7种工作模式(特权模式 特权模式异常模式)用户模式(USR):正常程序执行模式,不能直接切换到其他模式系统模式(SYS):运行操作系统的特权任务,与用户模式类似,但具有可以直接切换到其他模式等特权快中断模式(FIQ):支持高速数据传输及通道处理,FIQ异常响应时进入此模式中断模式(IRQ):用于通用中断处理,IRQ异常响应时进入此模式管理模式(SVC):操作系统保护模式,系统复位和软件中断响应时进入此模式(由系统调用执行软中断SWI命令触发)中止模式(ABT):用于支持虚拟内存和/或存储器保护,在ARM7TDMI没有大用处未定义模式(UND):支持硬件协处理器的软件仿真,未定义指令异常响应时进入此模式除用户模式外,其

  7种工作模式 /

  两种工作状态1、ARM状态:处理器执行32位对齐的ARM指令;2、Thumb状态:处理器执行16位对齐的ARM指令。它们之间的区别在于:Thumb指令集不是完整的指令集,它是ARM指令集的子集。但是Thumb指令具有更高的代码密度,即占用存储空间小,仅为ARM代码规格的65%,但其性能却下降的很少。所以,Thumb指令集使ARM处理器能应用到有限的存储带宽,并且,代码密度要求很高的嵌入式系统中去。Thumb指令集没有协处理器指令、信号量指令以及访问CPSR或SPSR的指令,没有乘加指令及64位乘法指令等,且指令的第二操作数受到限制;除了跳转指令B有条件执行功能外,其他指令均为无条件执行;大多数Thumb数据处理指令采用2地址格式。七

  工作状态和模式 /

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