ARMCorte各系列處理器分類比較

1、Cortex-M系列M0：Cortex-MO是目前最小的ARM處理器，該處理器的芯片面積非常小，能耗極低，且編程所需的代碼占用量很少，這就使得開發(fā)人員可以直接跳過16位系統(tǒng)，以接近8位系統(tǒng)的成本開銷獲取32位系統(tǒng)的性能。Cortex-MO處理器超低的門數(shù)開銷，使得它可以用在仿真和數(shù)?；旌显O備中。MO+：以Cortex-MO處理器為基礎，保留了全部指令集和數(shù)據(jù)兼容性，同時進一步降低了能耗，提高了性能。2級流水線，性能效率可達1.O8DMIPS/MHz。M1：第一個專為FPGA中的實現(xiàn)設計的ARM處理器。Cortex-M1處理器面向所有主要FPGA設備并包括對領先的FPGA綜合工具的支持，允許設計

2、者為每個項目選擇最佳實現(xiàn)。M3：適用于具有較高確定性的實時應用，它經(jīng)過專門開發(fā)，可使合作伙伴針對廣泛的設備（包括微控制器、汽車車身系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)以及無線網(wǎng)絡和傳感器）開發(fā)高性能低成本平臺。此處理器具有出色的計算性能以及對事件的優(yōu)異系統(tǒng)響應能力，同時可應實際中對低動態(tài)和靜態(tài)功率需求的挑戰(zhàn)。M4：由ARM專門開發(fā)的最新嵌入式處理器，用以滿足需要有效且易于使用的控制和信號處理功能混合的數(shù)字信號控制市場。M7：在ARMCortex-M處理器系列中，Cortex-M7的性能最為出色。它擁有六級超標量流水線、靈活的系統(tǒng)和內存接口（包括AXI和AHB）、緩存（Cache）以及高度耦合內存（TCM,為MC

3、U提供出色的整數(shù)、浮點和DSP性能?；ヂ?lián)：64位AMBA4AXI,AHB外設端口（64MB至U512MB）指令緩存：0到64kB，雙路組相聯(lián)，帶有可選ECC數(shù)據(jù)緩存：0到64kB，四路組相聯(lián)，帶有可選ECC指令TCM0至U16MB,帶有可選ECC數(shù)據(jù)TCM0至U16MB,帶有可選ECCCortex-M系列規(guī)格對比類別M0M3M4M7體系結構ARMv6M（馮諾依曼）ARMv6（哈佛）ARMv6（哈佛）ARMV7-M（哈佛）ISA支持Thumb,Thumb-2Thumb,Thumb-2Thumb,Thumb-2Thumb,Thumb-2DSP擴展單周期16/32位MAC單周期16/32位MAC單周

4、期雙16位MAC單周期雙16位MAC8/16位SIMD運算8/16位SIMD運算硬件除法（2-12周期）硬件除法（2-12周期）浮點單元單精度浮點單兀單和雙精度浮點單元符合IEEE754與IEEE754兼容流水線3級3級3級+分支預測6級超標量+分支預測DMISP/MHz0.90.991.251.501.251.522.14/2.55/3.23中斷NMI+1-32物理中斷NMI+1-240物理中斷NMI+1240物理中斷NMI+1240物理中斷中斷優(yōu)先級825682568256喚醒中斷控制器最多240個最多240個最多240個內存保護帶有子區(qū)域和后臺區(qū)域的可選8區(qū)域MPU帶有子區(qū)域和后臺區(qū)域的

5、可選8區(qū)域MPU可選的8/16區(qū)域MPU,帶有子區(qū)域和背景區(qū)域睡眠模式集成的WFI和WFE指令和“退出時睡眠”功能。睡眠和深度睡眠信號隨ARM電源管理工具包提供的可選的Retention模式集成的WFI和WFE指令和“退出時睡眠”功能。睡眠和深度睡眠信號。隨ARM電源管理工具包提供的可選保留模式集成WFI和WFE指令和“退出時睡眠”功能。睡眠和深度睡眠信號。隨ARM電源管理工具包提供的可選Retention模式集成WFI和WFE指令以及SleepOnExit功能。休眠和深度休眠信號。ARM電源管理工具包及可選Retention模式增強的指令硬件單周期(32x32)乘法選項硬件除法(2-12個周

6、期)和單周期(32x32)乘法、飽和數(shù)學支持。調試可選JTAG和Serial-Wire調試端口。最多4個斷點和2個觀察點可選JTAG和串行線調試端口。最多8個斷點和4個檢測點?？蛇xJTAG和Serial-Wire調試端口。最多8個斷點和4個檢測點。可選的JTAG和串行線調試端口。最多8個斷點和4個觀察點。跟蹤可選指令跟蹤(ETM)、數(shù)據(jù)跟蹤(DWT)和測量跟蹤(ITM)可選指令跟蹤(ETM)、數(shù)據(jù)跟蹤(DWT)和測量跟蹤(ITM)可選指令跟蹤(ETM)、數(shù)據(jù)跟蹤(DWT)和測量跟蹤(ITM)Cortex-A系列：ARMCortex-A系列是一系列用于復雜操作系統(tǒng)和用戶應用程序的應用程序處理器。

7、Cortex-A系列處理器支持ARM、Thumb和Thumb-2指令集。A5：一個高性能、低功耗的ARM宏單元，帶有L1高速緩存子系統(tǒng)，能提供完全的虛擬內存功能。Cortex-A5處理器實現(xiàn)了ARMv7體系結構并運行32位ARM指令、16位和32位Thumb指令，還可在Jazelle狀態(tài)下運行8位Java字節(jié)碼。CortexA-5是最小以及最低功耗的Cortex-A處理器，但處理性能比其他A系列差。A7：Cortex-A7處理器的功耗和面積與超高效Cortex-A5相似，但性能提升1520%，Cortex-A7是ARM的大小核設計中的小核部分，并且與高端Cortex-A15CPU體系結構完全兼

8、容。Cortex-A7處理器包括了高性能處理器Cortex-A15的一切特性，包括虛擬化(virtualization)、大容量物理內存地址擴展(LargePhysicalAddressExtensions(LPAE)，可以尋址到1TB的存儲空間)、NEONVFP以及AMBA4ACEcoherency(AMBAQacheCoherentInterconnect(CCI)。Cortex-A7支持多核MPCore的設計以及Big+Little的大小核設計。小型高能效的Cortex-A7是最新低成本智能手機和平板電腦中獨立CPU的理想之選，并可在big.LITTLE處理配置中與Cortex-A15結

9、合。A8：第一個使用ARMV7-A架構的處理器，很多應用處理器以Cortex-A8為核心。Cortex-A8處理器是一個雙指令執(zhí)行的有序超標量處理器，針對高度優(yōu)化的能效實現(xiàn)可提供2.0DhrystoneMIPS(每MH0，這些實現(xiàn)可提供基于傳統(tǒng)單核處理器的設備所需的高級別的性能。Cortex-A8在市場中構建了ARMV7體系結構，可用于不同應用，包括智能手機、智能本、便攜式媒體播放器以及其他消費類和企業(yè)平臺。分開的L1指令和數(shù)據(jù)cache大小可以為16KB或者32KB,指令和數(shù)據(jù)共享L2cache，容量可以到1MBL1和L2cache的cache數(shù)據(jù)寬度為128比特，L1cache是虛擬索引，

10、物理上連續(xù)，而L2完全使用物理地址。Cortex-A8的L1cache行寬度為64byte，L2cache在片內集成。另外和Cortex-A9相比，由于Cortex-A8支持的浮點VFP運算非常有限，其VFP的速度非常慢，往往相同的浮點運算，其速度是Cortex-A9的1/10。Cortex-A8能并發(fā)某些NEON旨令(如NEON勺load/store和其他的NEON旨令)，而Cortex-A9因為NEON位寬限制不能并發(fā)。Cortex-A8的NEON和ARM是分開的，即ARM核和NEON核的執(zhí)行流水線分開，NEOF訪問ARM寄存器很快，但是ARM端需要NEOF寄存器的數(shù)據(jù)會非常慢。A9：Co

11、rtex-A9MPCore或者單核處理器單MHz性能比Cortex-A5或者Cortex-A8高，支持ARM,Thumb,Thumb-2,TrustZone,JazelleRCTJazelleDBX技術。L1的cache控制器提供了硬件的cache一致性維護支持多核的cache一致性。核外的L2cache控制器(L2C-310,orPL310)支持最多8MB的cacheCortex-A9的L1cache行寬度為32byte,L2cache因為多核的原因在核外集成，即通過SCU來訪問多核共享的L2cache。常見的Cortex-A9處理器包括nVidias雙核Tegra-2,以及TIsOMAP4

12、平臺。使用Cortex-A9處理器的設備包括Apple的ipad2(appleA5處理器)，LGOptimus2X(nVidiaTegra-2)，SamsungGalaxySII等A15：Cortex-A15MPCore處理器是目前Cortex-A系列中性能最高的處理器，一個突出的特性是其硬件的虛擬化技術(Hardwarevirtualization)以及大物理內存的擴展(LargePhysicalAddressExtension(LPAE),能尋址到1TB的內存)。目前集成Cortex-A15的處理器量產(chǎn)的只有Samsung的Exynos5系列處理器，但TI的OMAP5系列處理器也采用Cor

13、tex-A15的核。具體的設備有ArndaleBoard。A17:A12的提升版，也就將A12合并到A17中，最新的高性能ARMV7-A核處理器，以更小和更節(jié)能的優(yōu)勢，提供與A15相仿的性能。相比A9有60%勺性能提升。仍為32位ARMV7Cortex-A17處理器提供了優(yōu)質的性能和高端的特性使它理想的適合每一個屏幕,從智能手機到智能電視。Cortex-A17處理器架構上與廣泛使用Cortex-A7處理器一致，促使下一代中檔設備基于big.LITTLE技術。A53：最低功耗的ARMv8處理器，能夠無縫支持32和64位代碼。是世界上能效最高，面積最小的64位處理器。使用高效的8-stage順序管

14、道和提升的獲取數(shù)據(jù)技術性能平衡。Cortex-A53提供比Cortex-A7更高的性能，并能作為一個獨立的應用處理器或在big.LITTLE配置下，搭配Cortex-A57處理器，達到最優(yōu)性能、可伸縮性和能效。A57：最高效的64位處理器，用于擴展移動和企業(yè)計算應用程序功能，包括計算密集型64位應用，比如高端電腦、平板電腦和服務器產(chǎn)品。性能比A15提升一倍。A72：Cortex-A72是ARM性能最出色、最先進的處理器。于2015年年初正式發(fā)布的Cortex-A72是基于ARMv8-A架構、并構建于Cortex-A57處理器在移動和企業(yè)設備領域成功的基礎之上。在相同的移動設備電池壽命限制下，C

15、ortex-A72能相較基于Cortex-A15處理器，28納米工藝節(jié)點的設備，提供3.5倍的性能表現(xiàn)，展現(xiàn)優(yōu)異的整體功耗效率。Cortex-A72的強化性能和功耗水平重新定義了2016年高端設備為消費者帶來的豐富連接和情境感知(context-aware)的體驗。Cortex-A72可在芯片上單獨實現(xiàn)，也可以搭配Cortex-A53處理器與ARMCoreLinkTMCCI高速緩存一致性互連(CacheCoherentInterconnect)構成ARMbig.LITTLETM配置，進一步提升能效。Cortex-A列規(guī)格對比類別Cortex-A5Cortex-A7Cortex-A8Cortex

16、-A9Cortex-A15發(fā)布時間2009年12月2011年10月2006年7月2008年3月2011年4月時鐘頻率1GHz1GHzon28nm1GHzon65nm2GHzon40nm2.5GHzon28nm執(zhí)行順序順序執(zhí)行順序執(zhí)行順序執(zhí)行亂序執(zhí)行亂序執(zhí)行多核支持1to41to411to41to4MIPS/MHz1.61.922.53.5VFP/NEON支持VFPv4/NEONVFPv4/NEONVFPv3/NEONVFPv3/NEONVFPv4/NEON半精度擴展(16-bitfloating-point)是是否，只有32-bit單精度和64-bit雙精度浮點是是FP/NEON寄存器重命名否

17、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-bitphysicaladdress)否否否否是硬件虛擬化否是否否是big.LITTLENoLITTLENoNoBig融合的MAC乘累加是是否否是流水線級數(shù)pipelinestages88139to1215+指令譯碼decodes1Partialdualissue2(dual-issue)2(dual-issue)3返回堆棧stack條目488848浮點運算單元FPUOptionalOptionalYesOptionalOptionalAMBA總線寬度64-bitI/FAMBA3128-bitI/FAMBA464or128

18、-bitI/F2X64-bitI/FAMBA3128-bitAMBA3L1DataCacheSize4Kto64K8KBto64KB16/32KB16KB/32KB/64KB32KBL1InstructionCacheSize4Kto64K8KBto64KB16/32KB16KB/32KB/64KB32KB2-wayset2-wayset4-wayset2-waysetassociativeassociativeassociativeassociativeL1Cache(Inst)(Inst)4-wayset(Inst)(Inst)Structure4-wayset4-waysetassoci

19、ative4-wayset4-waysetassociativeassociativeassociativeassociative(Data)(Data)(Data)(Data)L2CachetypeExternalIntegratedIntegratedExternalIntegratedL2Cachesize-128KBto1MB128KBto1MB-512KBto1MBL2Cache8-wayset8-wayset8-waysetStructureassociativeassociativeassociativeCacheline(bytes)3232643264Classic處理器:A

20、RM71994年推出，使用范圍最廣的32位嵌入式處理器系列。0.9MIPS/MHZ的三級流水線和馮諾依曼結構ARM9ARM9系列技術特點?基于ARMV5TE架構?高效的5級流水線，更快的吞吐量和系統(tǒng)性能，哈佛結構o提取/解碼/執(zhí)行/內存/寫回?同時支持ARM和Thumb指令集o高效ARM-Thumb交互工作允許最佳組合性能和代碼密度?哈佛架構-獨立的指令和數(shù)據(jù)內存接口o可用內存帶寬增加o同時訪問I&D內存o更高性能?31x32位寄存器?32位ALU和桶行移位器?32位MAC塊增強CoreSight?ETM9接口用于增強調試和trace?標準AMBA?AHB?接口?協(xié)處理器接口內存控制器?內存操

21、作受MMU或MPU控制?MMU提供o虛擬內存支持o快速上下文切換擴展(FCSE)?MPU支持o內存保護和邊界o應用沙坑效應?寫緩沖o從外部內存解耦內部處理器o可在4個獨立地址中存儲16個字o清除緩沖臟行靈活的緩存設計?硬件緩存架構?大小可從4KB到128KB（以2的方冪形式增長）?I&D緩存可具有獨立大小?行長度固定為8個字?固定4向集關聯(lián)?零等待狀態(tài)存取?關鍵詞首先緩存行填充?無阻塞?虛擬尋址靈活的TCM設計?哈佛機構?大小可為0KB或4KB到1MB（以二次方形式增長）?可具有獨立大小?可為RAM或ROM?允許等待狀態(tài)?ARM968的雙存儲TCM?物理尋址o將非順序存取停止一個周期以允許地址

22、轉換DSP增強?單周期32x16乘法器實現(xiàn)o加快所有乘法指令o流水線設計允許一個16x16或32x16開始每個周期?新的32x16和16x16乘法指令o允許獨立存取16位半寄存器o允許壓縮的16位操作數(shù)高效使用32位帶寬oARMISA提供32x32乘法指令?有效微小數(shù)字飽和算法oQADD、QSUB、QDAD、DQDSUB?前導零計數(shù)指令oCLZ加快標準化和除法ARM1：1ARM11處理器系列所提供的引擎可用于當前生產(chǎn)領域中的很多智能手機，還廣泛用于消費類、家庭和嵌入式應用程序。該處理器的功耗非常低，提供的性能范圍為小面積設計中的350MHz到速度優(yōu)化設計中的1GHz（45納米和65納米）。AR

23、M11處理器軟件可以與以前所有ARM處理器兼容，并引入了用于媒體處理的32位SIMD、用于提高操作系統(tǒng)上下文切換性能的物理標記cache、強制實施硬件安全性的TrustZone以及針對實時應用的緊密耦合內存。ARM11處理器系列功能：?強大的ARMv6指令集架構?ARMThumb指令集可以減少高達35%的內存帶寬和大小需求?用于執(zhí)行高效嵌入式Java的ARMJazelle技術?ARMDSP擴展?SIMD（單指令多數(shù)據(jù)）媒體處理擴展可提供高達2倍的視頻處理性能?作為片上安全基礎的ARMTrustZone?技術（ARM1176JZ-S和ARM1176JZF-S處理器）?Thumb-2技術（僅ARM

24、1156（F）-S）,可提高性能、能效和代碼密度?低功耗：o0.21mW/MHz（65G），包括cache控制器o節(jié)能關閉模式能夠處理高級工藝中的靜態(tài)漏電情況?高性能整數(shù)處理器o8級整數(shù)流水線可提供高時鐘頻率（對于ARM1156T2（F）-S為9級）o單獨的加載-存儲和算術流水線o分支預測和返回棧?高性能內存系統(tǒng)設計o支持4-64kcache大小o針對多媒體應用領域的、帶DMA的可選緊密耦合內存o對于媒體處理和網(wǎng)絡應用領域，高性能64位內存系統(tǒng)加快了數(shù)據(jù)存取速度oARMv6內存系統(tǒng)架構加快了操作系統(tǒng)上下文切換速度?矢量中斷接口和低中斷延遲模式提高了中斷響應速度和實時性能?用于汽車/工業(yè)控制和三

25、維圖形加速的可選矢量浮點協(xié)處理器（ARM1136JF-SARM1176JZF-S和ARM1156T2F-S處理器）?所有ARM11系列處理器都作為符合ARM-Synopsys參考方法的可交付項來提供，從而顯著縮短了生成內核的特定技術實現(xiàn)的時間，以及生成一組完整的行業(yè)標準視圖和模型的時間。Classic處理器比較類別ARM7ARM9ARM11體系結構馮諾依曼ARMv5TE（哈佛）ARMv6（哈佛）指令集ARMThumbARMThumbARMThumbThumb-2流水線3級5級8級DMIPS/MHz0.91.11.2NMU無有有DSP擴展否是是單指令多數(shù)據(jù)擴展否否是浮點支持否是（VFP9）是（V

26、FP11）Cache支持否是是密集耦合內存否是是TrustZone安全擴展否否是(僅ARM1176JZ(F)-S)Cortex-R系列:R4：第一個基于ARMV7-R體系的嵌入式實時處理器。專用于大容量深層嵌入式片上系統(tǒng)應用，如硬盤驅動控制器、無限基帶處理器、消費產(chǎn)品手機MTK平臺和汽車系統(tǒng)的電子控制單元。R5：2010年推出，基于ARMV7-R體系，擴展了Cortex-R4處理器的功能集，支持在可靠的實時系統(tǒng)中獲得更高級別的系統(tǒng)性能、提高效率和可靠性并加強錯誤管理。這些系統(tǒng)級功能包括高優(yōu)先級的低延遲外設端口(LLPP)和加速器一致性端口(ACP)，前者用于快速外設讀寫，后來用于提高效率并與外

27、部數(shù)據(jù)源達成更可靠的高速緩存一致性?；?0nmG工藝，Cortex-R5處理器可以實現(xiàn)以將近1GHz的頻率運行，此時它可提供1,500DhrystoneMIPS的性能。該處理器提供高度靈活且有效的雙周期本地內存接口，使SoC設計者可以最大限度地降低系統(tǒng)成本和功耗。R7：Cortex-R7處理器是性能最高的Cortex-R系列處理器。它是高性能實時SoC的標準。Cortex-R7處理器是為基于65nm至28nm的高級芯片工藝的實現(xiàn)而設計的，此外其設計重點在于提升能效、實時響應性、高級功能和簡化系統(tǒng)設計?；?0nmG工藝，Cortex-R7處理器可以實現(xiàn)以超過1GHz的頻率運行，此時它可提供2

28、,700DhrystoneMIPS的性能。該處理器提供支持緊密耦合內存(TCM)本地共享內存和外設端口的靈活的本地內存系統(tǒng)，使SoC設計人員可在受限制的芯片資源內達到高標準的硬實時要求。Cortex-R系列處理器比較ARMCortex-R4ARMCortex-R5ARMCortex-R71.68/2.02/2.45DMIPS/MHz*3.47CoreMark/MHz*1.67/2.01/2.45DMIPS/MHz*3.47CoreMark/MHz*2.50/2.90/3.77DMIPS/MHz*4.35CoreMark/MHz*LockstepconfigurationLockstepconf

29、igurationDual-coreAsymmetricLockstepconfigurationDual-coreAsymmetricMulti-Processing(AMP)Multi-Processing(AMP)withQoSconfigurationconfigurationDualcoreSymmetricMulti-Processing(SMP)configurationTightlyCoupledMemoryTightlyCoupledMemory仃CM)LowLatencyPeripheralPortAcceleratorCoherencyPortMicroSnoopControlUnit(卩SCU)TightlyCoupledMemoryLowLatencyPeripheralPortAcceleratorCoherencyPortSnoopControlUnit(SCU)8-stagedualissuepipelinewithinstructionpre-fetchandbranchprediction8-stagedualissuepipelinewithi