智能手机性能与ARM架构.docxVIP

智能手机的性能，取决于硬件和软件两个方面，软件方面主要是操作系统优化，而硬件方面CPU，GPU,RAM,ROM则起到了最重要的作用，其中又以处理器（CPU）最为最为重要，而架构做为处理器的基础，对于处理器的整体性能起到了决定性的作用，不同架构的处理器同主频下，性能差距可以达到2-5倍。可见架构的重要性。目前市面上主流的手机cpu架构%90以上都采用的是ARM架构。下面就介绍一下ARM架构的发展历程。ARM（Advanced RISC Machine的缩写）架构，被称作进阶精简指令集机器，是一个32位精简指令集（RISC）处理器架构，其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。由于低成本、高效能、低耗电的特性，ARM处理器非常适用于移动通讯领域。采用相同架构的处理器，性能基本上已经锁定在一定的范围之内，不会有本质的区别。所以，看处理器的性能要先看架构。ARM的设计是Acorn电脑公司（Acorn Computers Ltd）于1983年开始的开发计划。1985年时开发出首款内核ARM1，经过三十年的发展，如今已经发展到运行速度可达2.5GHz的Crotex-A15核心。在ARM9之前的ARM核心基本上都是应用在音乐播放器、游戏机、相机以及计算器等电子产品中，在智能手机中广泛应用的是ARM9及之后的ARM架构。ARM9架构简介ARM9系列于1997年问世，ARM9处理器系列包括ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM968E-S处理器。ARM926EJ-S 处理器具有一个采用Jazelle技术的增强型32位RISC CPU、灵活的大小指令和数据高速缓存、紧密耦合内存(TCM)接口和内存管理单元(MMU)。它还提供单独指令和数据AMBAAHB 接口，适合基于多层AHB的系统。ARM926EJ-S处理器可执行ARMv5TEJ指令集，其中包括功能得到增强的16 x 32位乘法器，可进行单周期MAC运算，以及16位定点DSP指令，可增强多个信 号处理应用程序的性能并支持 Thumb 技术。ARM926EJ-S处理器为入门级处理器，可支持完全版操作系统，其中包括 Linux、Windows CE和Symbian。因此，此处理器是众多需要完整图形用户界面的应用的理想之选。Xscale架构简介ARM11架构简介ARM11处理器系列所提供的引擎可用于当前生产领域中的很多智能手机；该系列还广泛用于消费类、家庭和嵌入式应用领域。该处理器的功耗非常低，提供的性能范围为小面积设计中的350MHz到速度优化设计中的1GHz（45纳米和65纳米）。ARM11处理器软件可以与以前所有ARM处理器兼容，并引入了用于媒体处理的32位 SIMD、用于提高操作系统上下文切换性能的物理标记高速缓存、强制实施硬件安全性的TrustZone以及针对实时应用的紧密耦合内存。ARM1136JS发布于2003年，是针对高性能和高能效的应用而设计的。ARM1136JS是第一个执行ARMv6架构指令的处理器，它集成了一条具有独立的load-store和算术流水线的8级流水线。ARMv6指令包含了针对媒体处理的单指令多数据流（SIMD）扩展，采用特殊的设计以改善视频处理性能。ARM1136JFS就是为了进行快速浮点运算，而在ARM1136JS增加了向量浮点单元。ARM Cortex-A5架构简介ARM公司在经典处理器ARM11以后的产品改用Cortex命名，并分成A、R和M三类，旨在为各种不同的市场提供服务。Cortex系列属于ARMv7架构，这是ARM公司最新的指令集架构。ARMv7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。Cortex-A5是Cortex-A家族中最低端的，其特点是功耗较低，单位功耗的效能很高，性能优于ARM9和ARM11，适合应用在千元级的低端产品市场。Cortex-A5内部核心数目1-4核可选，同时与Cortex-A8一样内部使用了TrustZone安全技术以及NEON多媒体处理引擎，并与 Cortex-A8/A9处理器实现完全的应用兼容.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/SGX GPU。Cortex-A5处理器和Cortex-A8与Cortex-A9一样基于ARM V7架构，采用40nm低功耗制程技术制作，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。相比之下Cortex-A8处理器则采用65nm制程工艺制作，核心频率650MHz（65nmLP工艺）/1.1GHz（65nm GP工艺），内建二级缓存，二级缓存最大容量为1MB，一级缓存同为最大64KB.功耗/频率比参数为0.59/0.45mW/MHz。ARM Cortex-A8架构简介ARM Cortex-A8处理器是第一款基于ARMv7架构的应用处理器，Cortex-A8处理器的速率可以在600MHz到超过1GHz的范围内调节，能够满足那些需要工作在300mW以下的功耗优化的移动设备的要求；以及满足那些需要2000 Dhrystone MIPS的性能优化的消费类应用的要求。Cortex-A8处理器是ARM的第一款超标量处理器，具有提高代码密度和性能的技术，用于多媒体和信号处理的NEON技术，以及用于高效地支持预编译和即时编译Java及其他字节码语言的Jazelle运行时间编译目标（RCT）技术。ARM Cortex-A8 还拥有一些其它公司设计的衍生品：1，高通Scorpion架构Scorpion（天蝎座）是高通自家设计的基于Cortex-A8架构的处理器架构，并使用ARM v7的指令集，具备了13阶load/store管线，还有两个整数处理管线，目标时脉是设定在1GHz。至于Scorpion中的SIMD资料路径，不用时可关掉一半，效能会好一些。目前已有HTC Desire、HTC HD2、Sony Ericsson X10、Acer Liquid加入Snapdragon阵营。Dell的平板电脑Stream采用第一代Snapdragon。第二代Snapdragon芯片制程从65纳米进入45纳米，时脉也从1GHz提升至1.3GHz。2三星Hummingbird架构三星蜂鸟hummingbird架构同样是在cortex-A8基础上，进行修改增强的一款核心，采用这款核心的代表产品便是三星S5PC110/S5PV210苹果A4核心。而hummingbird核心也正是三星和苹果合作研发而来。在实测性能上，较其它普通A8核心的CPU 相比，拥有了成倍的增长。三星蜂鸟hummingbird处理器S5PC110/S5PV210可以说是世界上最强的cortex-A8架构方案芯片，它在原cortex-A8的基础上，进行了大幅度的优化，在性能上也获得了大幅度的增长，基本上，能够达到同等架构的CPU效能的1倍以上。3，苹果A4处理器苹果iPhone 4和苹果iPad以及iTouch 4都采用了这个和三星S5PC110处理器相近的A4处理器，不过苹果作了更多的优化，尤其是苹果A4将负责视频硬解的VXD370改成了 VXD375，GPU和内存的直连也令PowerVR 535的实际表现要超越三星S5PC110的PowerVR 540处理器。但归根结底，苹果A4处理器还是一个基于ARM Cortex-A8核心的高性能处理器。ARM Cortex-A9架构简介Cortex-A9是性能很高的ARM处理器，可实现受到广泛支持的ARMv7体系结构的丰富功能。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-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。ARM Cortex-A15架构在Cortex-A9双核处理器初见端倪之后，ARM再次给大家带来惊喜，那就是ARM可能会推出一款四核芯片，最快处理速度能够达到2.5GHz，初步得知，这款处理器型号为Cortex-A15。 在还未上市的智能手机芯片当中，Cortex-A15可能是目前听说的主频最高的双核芯片了，据说，这款芯片除了将手机CPU运行速度提升至2.5GHz以外，还可以支持超过4GB的内存，能力相当的惊人，不过可能离我们还有一段距离，毕竟如此强劲的芯片的只有在更加强悍的硬件、软件的支持下，才能够正常的发挥作用。ARM Cortex-A15ARM Cortex-A15 MPCore 处理器提供前所未有的处理功能，与低功耗特性相结合，在 ARM 的各种新市场和现有市场上成就了卓越的产品，这些市场包括移动计算、高端数字家电、服务器和无线基础结构。Cortex-A15 MPCore 处理器是 Cortex-A 系列处理器的最新成员，确保在应用方面与所有其他获得高度赞誉的 Cortex-A 处理器完全兼容。这样，就可以立即访问已得到认可的开发平台和软件体系，包括 Android、Adobe Flash Player、Java Platform Standard Edition (Java SE)、JavaFX、Linux、Microsoft Windows Embedded、Symbian 和 Ubuntu 以及 700 多个 ARM Connected Community 成员，这些成员提供应用软件、硬件和软件开发工具、中间件以及 SoC 设计服务。Cortex-A15 MPCore 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 We