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

ARMARM Cortex ACortex A 系列处理器系列处理器 A5 A5 A7A7 A8A8 A9A9 A15 A15 区别对比区别对比 2012 12 07 本文介绍了基于 ARM v7 A 架构的 ARM Cortex 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 Windows Mobile Windows Phone 支持分支预测 branch prediction 但各处理器在 VFP NEON 的类型 半精度浮点 16 bit half precision floating point 的支持 多核 MPCore 流水线 pipeline 单 MHz 处理性能 L1 L2 cache 控制器 乱序执行 指令 dual issue 并发等方面有略有不同 ARM Cortex 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 Windows CE 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 ARM CortexCortex 处理器和架构版本处理器和架构版本 应用处理器 实时处理器和微控制器 应用处理器 实时处理器和微控制器 v7 Av7 A Applications Applications v7 Rv7 R Real Real Time Time v6 M v7 Mv6 M v7 M Microcontroller Microcontroller Cortex A5 Single MP Cortex R4 Cortex M0 ARMv6 M Cortex A7 MP Cortex R5 Cortex M0 ARMv6 M Cortex A8 Single Cortex R7 Cortex M1 ARMv6 M Cortex A9 Single MP Cortex M3 ARMv7 M Cortex A15 MP Cortex M4 F ARMv7E M Cortex ACortex A 处理器共性处理器共性 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 Debian oLinux 第三方 MontaVista QNX Wind River oSymbian oWindows CE o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 branch prediction Cortex A5Cortex A5 ARMARM 核处理器核处理器 图 1 ARM Cortex 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 dual issue 以及分支预测 branch prediction 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 Adobe Flash Java Platform Standard Edition Java SE JavaFX Linux Microsoft Windows Embedded 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 A7Cortex A7 ARMARM 核处理器核处理器 图 2 ARM Cortex 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 A15 CPU 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 Large Physical Address Extensions LPAE 可以寻址到 1TB 的存储空间 NEON VFP 以及 AMBA 4 ACE coherency AMBA4 Cache Coherent Interconnect 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 A8Cortex A8 ARMARM 核处理器核处理器 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 Texas Instruments 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 ARM Cortex 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 0 Dhrystone MIPS 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 L2 cache 容量可以到 1MB L1 和 L2 cache 的 cache 数据宽度为 128 比特 L1 cache 是虚拟索引 物理上连续 而 L2 完全使用物理地址 Cortex A8 的 L1 cache 行宽 度为 64byte L2 cache 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 使用使用 Cortex A8Cortex A8 的设备的设备 使用 Cortex A8 处理器的设备包括 Apple 的 ipad1 apple A4 处理器 BeagleBoard TI OMAP3530 or TI DM 3730 HTC Desire SBM7000 Oregon State University OSWALD Gumstix Overo Earth Pandora Apple iPhone 3GS Apple iPod touch 3rd and 4th Generation Apple iPad A4 Apple iPhone 4 A4 Archos 5 BeagleBoard Motorola Droid Motorola Droid X Motorola Droid 2 Motorola Droid R2D2 Edition Palm Pre Samsung Omnia HD Samsung Wave S8500 Samsung i9000 Galaxy S Sony Ericsson Satio Touch Book Nokia N900 Meizu M9 Google Nexus S Sharp PC Z1 Netwalker Cortex A9Cortex A9 ARMARM 核处理器核处理器 Cortex A9 MPCore 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 Jazelle RCT Jazelle DBX 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 L2 cache 控制器 L2C 310 or PL310 支持最多 8MB 的 cache Cortex A9 的 L1 cache 行宽度为 32byte L2 cache 因为多核的原因在核外集成 即通过 SCU 来访 问多核共享的 L2 cache 图 4 ARM Cortex A9 单核处理器框架图 使用使用 Cortex A9Cortex A9 的设备的设备 常见的 Cortex A9 处理器包括 nVidia s 双核 Tegra 2 以及 TI s OMAP4 平台 使 用 Cortex A9 处理器的设备包括 Apple 的 ipad2 apple A5 处理器 LG Optimus 2X nVidia Tegra 2 Samsung Galaxy S II Samsung Exynos 4210 Sony NGP PSP2 PandaBoard TI OMAP4430 or TI OMAP 4460 Motorola Atrix 4G Motorola DROID BIONIC Motorola Xoom Cortex A15Cortex A15 ARMARM 核处理器核处理器 Cortex A15 MPCore 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 Hardware virtualization 以及大物理内存的扩展 Large Physical Address Extension LPAE 能寻址到 1TB 的内存 图 5 ARM Cortex A15 单核处理器框架图 使用使用 Cortex A15Cortex A15 的设备的设备 目前集成 Cortex A15 的处理器量产的只有 Samsung 的 Exynos 5 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 Arndale Board http www arndaleboard org wiki index php Main Page 以及 Samsung 的 Chromebook ARMARM Cortex ACortex A 系列处理器系列处理器 Cortex A5 Cortex A5 Cortex A7 Cortex A7 Cortex A8 Cortex A8 Cortex A9 Cortex A9 Cortex A15 Cortex A15 的区别的区别 表 2 ARM Cortex 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 1GHz on 1GHz on 2GHz on 40nm 2 5GHz on 28nm65nm28nm Execution order 执行顺序 In order 顺 序执行 In orderIn order Out of order 乱序 Out of order 乱序 执行 多核支持 1 to 41 to 4 1 只单核 1 to 41 to 4 峰值指令处理速 度 1 6DMIPS MH z 1 9DMIPS MH z 2 DMIPS MHz2 5 DMIPS MHz 3 5 DMIPS MHz VFP NEON 支持 VFPv4 NEONVFPv4 NEONVFPv3 NEONVFPv3 NEONVFPv4 NEON Half precision 半精度扩展 16 bit floating point 是是 否 只有 32 bit 单精度和 64 bit 双精 度浮点 是是 FP NEON 寄存器 重命名 否否否否是 GP 寄存器重命名否否否是是 硬件的除法器否是否否是 LPAE 40 bit physical address NoYesNoNoyes 硬件虚拟化 NoYesNoNoYes big LITTLENoLITTLENoNoBig 融合的 MAC 乘累 加 是是否否是 流水线级数 pipeline stages 88139 to 1215 指令译码 decodes 1 Partial dual issue 2 dual issue 2 dual issue 3 返回堆栈 stack 条目 488848 浮点运算单元 FPU OptionalOptionalYesOptionalOptional AMBA 总线宽度 64 bit I F AMBA 3 128 bit I F AMBA 4 64 or 128 bit I F AMBA 3 2 64 bit I F AMBA 3 128 bit L1 Data Cache Size 4K to 64K8KB to 64KB16 32KB 16KB 32KB 64K B 32KB L1 Instruction Cache Size 4K to 64K8KB to 64KB16 32KB 16KB 32KB 64K B 32KB L1 Cache Structure 2 way set 2 way set 4 way set 4 way set 2 way set associative Inst 4 way set associative Data associative Inst 4 way set associative Data associativeassociative Inst 4 way set