Алтайский государственный университет
Опубликован: 12.07.2010 | Доступ: свободный | Студентов: 1426 / 388 | Оценка: 4.02 / 3.93 | Длительность: 16:32:00
ISBN: 978-5-9963-0349-6
Специальности: Разработчик аппаратуры

Лекция 8: Мультиядерные процессоры ARM-архитектуры

< Лекция 7 || Лекция 8: 12 || Лекция 9 >

ARM Cortex-A9 MPCore

ARM Cortex-A9 MPCore поднимает пиковую производительность на новый высокий уровень при одновременной поддержке простоты решений и возможностей контроля потребляемой мощности, как на уровне процессора, так и на уровне системы в целом.

Процессор Cortex-A9 MPCore имеет возможность оптимизации про­изводительности приложений и по скорости выполнения, и по потребляемой мощности.

Основные возможности включают в себя следующее.

  • Энергоэффективный суперскалярный конвейер производительностью более 2,0 DMIPS/МГц.
  • Оптимизированный по производительности и потребляемой мощности кэш первого уровня совмещает минимальное время задержки и минимальное энергопотребление. Добавлен контролер кэша второго уровня, позволяющий осуществлять доступ с малыми временами задержки и высокой пропускной способностью к кэш памяти размером до 2 Мб.
  • Мультипроцессор Cortex-A9 MPCore иллюстрирует практически линейную масштабируемость производительности на различных тестах.
  • Процессоры ARM Cortex-A9 — и одиночный вариант ( рис. 8.3), и мультипроцессор — поддерживают ряд специфических расширений ARM-архитектуры, в том числе: DSP, SIMD, Jazelle \text{\textregistered}, TrustZone, Intelligent Energy Manager (IEM \text{\texttrademark} ). В дополнение к этому ARM разработала ряд поддерживающих технологий для сокращения времени разработки и сокращения времени выхода продукта на рынок.
Структура процессора ARM Cortex-A9

увеличить изображение
Рис. 8.3. Структура процессора ARM Cortex-A9

Данная поддержка включает в себя компоненты IP, системные средства разработки и отладки, библиотеку стандартизованных макроячеек и памяти — ARM Advantage.

Компоненты Physical IP включают широкий спектр продуктов, в том числе стандартную библиотеку макроячеек и реализаций памяти для создания высокопроизводительных и низкопотребляющих систем с процессором Cortex-A9. Стандартные макроячейки содержат модули регулирования энергопотребления, позволяющие динамически управлять режимами работы в целях оптимизации энергопотребления с применением таких технологий, как управление частотой, управление напряжением питания, блоки с различным напряжением питания. Библиотеки ячеек памяти также предлагаются с расширенными возможностями управления питанием.

Процессоры Cortex-A9 поддерживаются обширной библиотекой макроячеек PrimeCell \text{\textregistered} fabric IP, включая: контроллер динамической памяти —PL341 DDR2; контроллер статической памяти — PL351; конфигурируемый интерфейс межсоединений — PL301 AXI; контроллер кэша второго уровня — PL310 L2 Cache Controller, оптимизированный для высокопроизводительных приложений с использованием процессоров Cortex-A9.

Приложение AMBA \text{\textregistered} Designer tool позволяет разработчикам систем на кристалле (SoC) конфигурировать и оптимизировать подсистемы связей AXI и экспортировать их в стандарт EDA.

Средство разработки ARM RealView \text{\textregistered} SoC Designer позволяет осуществлять быстрое расширение архитектуры, анализ производительности систем на основе Cortex-A9, а также разрабатывать драйверы и критически важные участки кода до того, как станет доступной аппаратная часть. Инструмент RealView System Generator предлагает средства моделирования поведения системы на основе ARM-кода.

Технология ARM CoreSight \text{\texttrademark} используется для быстрой отладки и уменьшения времени выхода продукта на рынок. Процессор применяет технологию Program Trace Macrocell для трассировки хода выполнения программы с поддержкой просмотра выполнения инструкций и включает ARMv7-совместимый отладочный интерфейс. Инструмент CoreSight design kit для Cortex-A9 расширяет возможности отладки и трассировки.

Среда разработки программного обеспечения ARM RealView Development Suite включает в себя генератор кода, оптимизированный по производительности и плотности кода, с поддержкой компиляции кода для расширения архитектуры NEON, отладки приложений для мультипроцессора Cortex-A9 MPCore при помощи инструмента RealView ICE and Trace. Процессор Cortex-A9 поддерживается также широким спектром отладочных плат и систем разработки прототипов, как в FPGA, так и в виде программных средств.

ARM Cortex-A5

Процессор ARM \text{\texttrademark} Cortex \text{\textregistered} -A5 — самый маленький, низкопотребляющий, мультиядерный ARM-процессор, предназначенный для широкого круга устройств: от мобильных устройств типа смартфонов, коммуникаторов, мультимедийных проигрывателей и т. п. до встраиваемых пользовательских или индустриальных компьютеров.

Процессор Cortex-A5 ( рис. 8.4) предусматривает возможность миграции решений для большого количества лицензированных ядер, основанных на ARM926EJ-S \text{\textregistered} и ARM1176JZ-S \text{\textregistered}. Обладая производительностью лучшей, чем процессоры ARM1176JZ-S, при уровне энергопотребления и занимаемой площади ARM926EJ-S процессора, Cortex-A5 дает примерно двукратный прирост отношения "производительность/потребляемая мощность" по сравнению со своими популярными предшественниками.

Структурная схема процессора ARM Cortex-A5

Рис. 8.4. Структурная схема процессора ARM Cortex-A5

Производительность еще больше увеличивается в мультипроцессорной конфигурации Cortex-A5 MPCore \text{\textregistered}.

Процессор ARM Cortex-A5 основан на одноканальном 8-стадийном конвейере с улучшенным блоком предсказания ветвлений. Достигаемая производительность — 1.5 DMIPS/МГц.

Одиночный процессор включает в себя 8-уровневый целочисленный конвейер, модуль NEON, блок вычислений с плавающей точкой. Все блоки процессора оптимизированы по потребляемой мощности и занимаемой площади.

Таблица 8.1. Сравнительные характеристики мультиядерных процессоров ARM
Процессор Производительность ядра,DMIPS/МГц Относительное энергопотребление,мВт/МГц Рабочие частоты,МГц Размер кэша (инструкций/данных), байт
ARM11 MPCore 1.0 0,23-0,43 320-620 16-64 К /16-64 К
ARM Cortex-A9 MPCore 2,0-2,5 <2000 16-64 К /16-64 К
ARM Cortex-A5 MPCore 1,5 0,12 480 4-64 К /4-64 К

Процессоры изготавливаются по 40-нм технологии, рабочая частота — 480 МГц, занимаемая на кристалле площадь — 0,53 мм2 (без кэша — 0,27 мм2), размер кэша инструкций/данных — 16 Кбайт/16 Кбайт. Площадь, занимаемая процессором с кэшем и блоком расширения NEON — 0,68 мм2. Энергопотребление — 0,12 мВт/МГц. Показатель энергоэффективности — 13 DMIPS/мВт.

Сравнительные характеристики ARM-процессоров представлены в таблице 8.1

Краткие итоги

Мультиядерные процессоры ARM представляют довольно мощную и энергоэффективную платформу для широкого класса приложений. Эти процессоры обладают возможностями мультимедийной обработки данных, поддержкой ряда технологий уплотнения кода и управления питанием. Они базируются на высокопроизводительной системной шине AMBA

Целевая область применения: мобильные устройства и встраиваемые системы различного применения — мобильные телефоны, смартфоны, коммуникаторы, мультимедийные устройства. Архитектура процессоров обладает весьма привлекательными свойствами: удобная и эффективная система команд, мощная поддержка при разработке и сопровождении продукта, как аппаратной базы, так и программного обеспечения, высокая энергоэффективность.

Контрольные вопросы

  • Укажите основные общие черты мультиядерной технологии ARM.
  • Опишите структуру процессора ARM11 MPCore.
  • Опишите структуру мультиядерных процессоров Cortex-A MPCore.
  • Укажите отличия процессоров Cortex-A5 MPCore и Cortex-A9 MPCore.

Упражнения

  • Оцените пиковую производительность мультиядерных процессоров с ARM-ядрами.
  • Проследите тенденции развития архитектуры ARM в разрезе производительности, энергопотребления, памяти.
< Лекция 7 || Лекция 8: 12 || Лекция 9 >
Сергей Горбунов
Сергей Горбунов

 

прошел курс и сдал экзамен   Многоядерные процессоры   

система сертификат не выдала. почему?

Ярослав Васильев
Ярослав Васильев
Россия
Семен Дядькин
Семен Дядькин
Беларусь, Минск, БГУ, 2003