So wählen Sie ARM-Prozessoren aus
Einleitung
Das breiteste Spektrum von Mikroprozessor Kerne für fast alle Anwendungsmärkte. Entdecken ARM. Leistungs-, Strom- und Kostenanforderungen für fast alle Anwendungsmärkte, Prozessoren sind entscheidend. Die Systemleistung hängt stark von seiner Hardware ab; Dieser Artikel führt Sie durch eine Studie des ARM-Prozessors und ist eine große Hilfe bei Ihrer Entscheidungsfindung.
Eine kurze Einführung in ARM
Abbildung 1. Roadmap für ARM-Prozessoren
Vor 2003 gibt es klassische ARM-Prozessoren, darunter ARM7 (ARMv4-Architektur), ARM9 (ARMv5-Architektur), ARM11 (ARMv6-Architektur). ARM7 hat keine MMU (Memory Management Unit), kann kein Mehrbenutzer-Mehrprozesssystem wie Linux und WinCE ausführen. Kann nur Systeme wie ucOS und ucLinux ausführen, die keine MMU benötigen. ARM9 und ARM11 sind eingebettete CPUs mit MMU, die Linux ausführen können.
Nach 2003 wurde die ARMv7-Architektur nach Cortex benannt und in drei Serien unterteilt: Cortex-A, Cortex-R und Cortex-M.
- Cortex-A — Anwendungsprozessorkerne für leistungsintensive Systeme
- Kortex-R – Hochleistungskerne für Echtzeitanwendungen
- Kortex-M – Mikrocontroller-Kerne für eine Vielzahl von Embedded-Anwendungen
Einfach ausgedrückt, Cortex-A Serie eignen sich für Anwendungen mit hohen Rechenanforderungen, mit umfangreichen Betriebssystemen und interaktiven Medien- und Grafikerlebnissen. Kortex-R sind dafür geeignet, die Zuverlässigkeit, Hochverfügbarkeit, Fehlertoleranz, Wartbarkeit und Echtzeitreaktion erfordern. Kortex-M Serie sind auf kosten- und leistungsempfindliche MCUs und Endanwendungen ausgerichtet.
Cortex-A VS. Cortex-R VS. Cortex-M
Cortex-A
Die Prozessoren der Cortex-A-Kategorie sind Linux- und Android-Geräten gewidmet. Alle Geräte – angefangen von Smartwatches und Tablets bis hin zu Netzwerkgeräten – können von Cortex-A-Prozessoren unterstützt werden.
- Cortex-A-Prozessoren (A5, A7, A8, A9, A12, A15 und A17) basieren auf der ARMv7-A-Architektur
- Der Satz gemeinsamer Funktionen für A-Prozessoren umfasst eine Media Processing Engine (NEON), ein Tool für Sicherheitszwecke (Trustzone) und verschiedene unterstützte Befehlssätze (ARM, Thumb, DSP etc.)
- Die Hauptmerkmale der Cortex-A-Prozessoren sind Spitzenleistung und brillante Energieeffizienz, die eng gebündelt sind, um den Benutzern den bestmöglichen Service zu bieten
Die Hauptmerkmale des Cortex-A-Prozessors:
Cortex-A5: Der Cortex A5 ist das kleinste und leistungsschwächste Mitglied der Cortex A-Serie, kann aber dennoch Multicore-Leistung zeigen, er ist mit A9- und A15-Prozessoren kompatibel.
Cortex-A7: Der Stromverbrauch des A7 ist fast der gleiche wie der des A5, aber die Leistung des A7 ist 20 % höher als die des A5 sowie die volle Architekturkompatibilität mit Cortex-A15 und Cortex-A17. Der Cortex-A7 ist die ideale Wahl für kostensensible Smartphone- und Tablet-Implementierungen.
Contrex-A15: Der Cortex-A15 ist das leistungsstärkste Mitglied dieser Serie und bietet die doppelte Leistung als A9. A15 findet seine Anwendung in High-End-Geräten, stromsparenden Servern und drahtloser Infrastruktur. Dies ist die erste Prozessorunterstützung für Datenmanagement- und virtuelle Umgebungslösungen.
Contrex-A17: Der Cortex-A17 zeigt 60 % mehr Leistung als der A9. Das Hauptziel ist die Befriedigung der Bedürfnisse von Geräten der Premiumklasse.
Contrex-A50: Contrex-A50, neueste Serie, basieren auf der ARMv8-Architektur und bringen Arch64-Bit-Unterstützung mit, ein energieeffizientes System. Ein offensichtlicher Grund für die Umstellung auf 64-Bit ist die Unterstützung von mehr als 4 GB physischem Speicher, die bereits bei Cortex-A15 und Cortex-A7 erreicht wird.
Kortex-R
Cortex-R-Prozessoren zielen auf Hochleistungs-Echtzeitanwendungen wie Festplattencontroller, Netzwerkgeräte, Mediaplayer und andere ähnliche Geräte ab. Darüber hinaus bieten sie auch eine hervorragende Unterstützung für die Automobilindustrie wie Airbags, Bremssysteme und Motormanagement.
Kortex-R4: Cortex-R4 ist gut für Automobilanwendungen geeignet. Er kann mit bis zu 600 MHz getaktet werden, verfügt über eine 8-stufige Pipeline mit Dual-Isse, Pre-Fetch und einem Interrupt-System mit niedriger Latenzzeit und ist somit ideal für sicherheitskritische Systeme.
Kortex-R5: Cortex-R5 erweitert die von R4 angebotenen Funktionen und erhöht die Effizienz, Zuverlässigkeit und verbessert das Fehlermanagement. Die Dual-Core-Implementierung ermöglicht den Aufbau sehr leistungsfähiger, flexibler Systeme mit Echtzeitreaktionen.
Kortex-R7: Der Cortex-R7 erweitert die Leistung deutlich. Sie verfügen über eine 11-stufige Pipeline und ermöglichen sowohl eine Ausführung außerhalb der Reihenfolge als auch eine Verzweigungsvorhersage auf hoher Ebene. Tools können für Lock-Step, symmetrische und asymmetrische Multiprocessing implementiert werden. Der generische Interrupt-Controller ist ein weiteres wichtiges Merkmal, das erwähnt werden sollte.
Kortex-M
Cortex-M wurde speziell für den MCU-Markt entwickelt. Die Cortex-M-Serie basiert auf der ARMv7-M-Architektur (verwendet für Cortex-M3 und Cortex-M4), und die kleinere Cortex-M0+ basiert auf der ARMv6-M-Architektur. Man kann mit Sicherheit sagen, dass der Cortex-M für die 32-Bit-Welt das geworden ist, was der 8051 für die 8-Bit-Welt ist – ein Industriestandard-Core, der von vielen Herstellern geliefert wird. Die Cortex-M-Serie lässt sich beispielsweise als Softcore in einem FPGA implementieren, viel häufiger findet man sie jedoch als MCU mit integrierten Speichern, Taktgebern und Peripheriegeräten implementiert. Einige sind auf Energieeffizienz optimiert, einige auf hohe Leistung und einige sind auf ein bestimmtes Marktsegment wie Smart Metering zugeschnitten
Für Anwendungen, die besonders kostensensibel sind oder von 8-Bit auf 32-Bit migrieren, ist das kleinste Mitglied der Cortex-M-Serie möglicherweise die beste Wahl.
Kortex-M0: Der Cortex-M0+ verwendet den Thumb-2-Befehlssatz und verfügt über eine 2-stufige Pipeline. Wesentliche Merkmale sind der Bus für Single-Cycle-GPIO und der Micro-Trace-Puffer.
Kortex-M3&M4: Cortex-M3 und Cortex-M4 sind sehr ähnliche Kerne. Jeder bietet eine 3-stufige Pipeline, mehrere 32-Bit-Busse, Taktraten bis zu 200 MHz und sehr effiziente Debug-Optionen. Der wesentliche Unterschied besteht in der DSP-Fähigkeit des Cortex-M4-Kerns. Cortex-M3 und Cortex-M4 teilen sich dieselbe Architektur und denselben Befehlssatz (Thumb-2). Wenn Ihre Anwendung Fließkomma-Mathematik erfordert, werden Sie dies auf einem Cortex-M4 erheblich schneller erledigen als auf einem Cortex-M3. Das heißt, für eine Anwendung, die nicht die DSP- oder FPU-Funktionen des Cortex-M4 nutzt, werden Sie die gleiche Leistung und den gleichen Stromverbrauch auf einem Cortex-M3 sehen. Mit anderen Worten, wenn Sie DSP-Funktionalität benötigen, entscheiden Sie sich für einen Cortex-M4. Andernfalls erledigt der Cortex-M3 die Arbeit.
Zusammenfassung
Abbildung 2. Kortex-Übersicht
ARM-Prozessoren bieten eine Vielzahl von Fähigkeiten für unterschiedliche Zwecke. Mit ein wenig Überlegung und Recherche können Sie den richtigen Prozessor finden, der Ihren Anwendungsanforderungen entspricht. sei es für ein High-End-Tablet oder einen ultra-günstigen drahtlosen Sensorknoten.
Es ist eine Herausforderung, die richtige Wahl des Cortex-Kerns zu treffen und die Idee in die Realität umzusetzen. Aber ein Team von erfahrenen Fachleuten kann sich um alle Fragen kümmern und Konzepte jeder Komplexität umsetzen.
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