Cómo seleccionar procesadores ARM
Introducción
La más amplia gama de microprocesador núcleos para casi todos los mercados de aplicaciones. Explorar ARM. Los requisitos de rendimiento, energía y costo para casi todos los mercados de aplicaciones, los procesadores son cruciales. El rendimiento del sistema depende en gran medida de su hardware; este artículo lo guiará a través de un estudio del procesador ARM y será de gran ayuda en su toma de decisiones.
Una breve introducción a ARM
Figura 1. Hoja de ruta de los procesadores ARM
Antes de 2003, existen procesadores ARM clásicos que incluyen ARM7 (Arquitectura ARMv4), ARM9 (Arquitectura ARMv5), ARM11 (Arquitectura ARMv6). ARM7 no tiene MMU (unidad de gestión de memoria), no puede ejecutar un sistema multiproceso multiusuario como Linux y WinCE. Solo se pueden ejecutar sistemas como ucOS y ucLinux que no necesitan MMU. ARM9 y ARM11 son CPU integradas con MMU, que pueden ejecutar Linux.
Después de 2003, en lo que respecta a la arquitectura ARMv7, recibió el nombre de Cortex y se dividió en tres series: Cortex-A, Cortex-R y Cortex-M.
- Cortex-A — núcleos de procesador de aplicaciones para sistemas intensivos en rendimiento
- Corteza-R – núcleos de alto rendimiento para aplicaciones en tiempo real
- Corteza-M – núcleos de microcontrolador para una amplia gama de aplicaciones integradas
En pocas palabras, Cortex-A La serie es adecuada para aplicaciones que tienen altos requisitos informáticos, ejecutan sistemas operativos ricos y brindan una experiencia gráfica y de medios interactivos. Corteza-R son adecuados para los que requieren confiabilidad, alta disponibilidad, tolerancia a fallas, mantenibilidad y respuesta en tiempo real. Corteza-M Las series están dirigidas a MCU y aplicaciones finales sensibles al costo y la potencia.
Cortex-A VS Cortex-R VS Cortex-M
Cortex-A
La categoría de procesadores Cortex-A está dedicada a dispositivos Linux y Android. Cualquier dispositivo, desde relojes inteligentes y tabletas hasta equipos de red, puede ser compatible con los procesadores Cortex-A.
- Los procesadores Cortex-A (A5, A7, A8, A9, A12, A15 y A17) se basan en la arquitectura ARMv7-A
- El conjunto de características comunes para los procesadores A incluye un motor de procesamiento de medios (NEON), una herramienta con fines de seguridad (Trustzone) y varios conjuntos de instrucciones compatibles (ARM, Thumb, DSP, etc.)
- Las características principales de los procesadores Cortex-A son el máximo rendimiento y la brillante eficiencia energética, todo ello combinado estrechamente para proporcionar a los usuarios el mejor servicio posible.
Las principales características del procesador Cortex-A:
Cortex-A5: El Cortex A5 es el miembro más pequeño y de menor potencia de la serie Cortex A, pero aún puede demostrar un rendimiento multinúcleo, es compatible con los procesadores A9 y A15.
Cortex-A7: El consumo de energía de A7 es casi el mismo que el de A5, pero el rendimiento proporcionado por A7 es un 20 % más alto que el de A5, así como una compatibilidad arquitectónica total con Cortex-A15 y Cortex-A17. El Cortex-A7 es una opción ideal para implementaciones de tabletas y teléfonos inteligentes sensibles al costo.
Contrex-A15: El Cortex-A15 es el miembro de mayor rendimiento de esta serie, brindando el doble de rendimiento que el A9. A15 encuentra su aplicación en dispositivos de gama alta, servidores de bajo consumo e infraestructura inalámbrica. Este es el primer soporte de procesador para gestión de datos y soluciones de entorno virtual.
Contrex-A17: El Cortex-A17 demuestra un rendimiento un 60 % superior al del A9. El objetivo principal es satisfacer las necesidades de los dispositivos de primera clase.
Contrex-A50: Contrex-A50, la última serie, se basa en la arquitectura ARMv8 y trae consigo soporte para Arch64-bit un sistema de eficiencia energética. Una razón obvia para el cambio a 64 bits es la compatibilidad con más de 4 GB de memoria física, que ya se logra en Cortex-A15 y Cortex-A7.
Corteza-R
Los procesadores Cortex-R están destinados a aplicaciones en tiempo real de alto rendimiento, como controladores de disco duro, reproductores multimedia de equipos de red y otros dispositivos similares. Además, también son un gran soporte para la industria automotriz, como bolsas de aire, sistemas de frenado y gestión del motor.
Corteza-R4: Cortex-R4 es muy adecuado para aplicaciones automotrices. Se puede sincronizar hasta 600 MHz, tiene una canalización de 8 etapas con emisión dual, búsqueda previa y un sistema de interrupción de baja latencia, lo que lo hace ideal para sistemas críticos de seguridad.
Corteza-R5: Cortex-R5 amplía las funciones que ofrece R4 y agrega mayor eficiencia, confiabilidad y mejora la gestión de errores. La implementación de doble núcleo permite construir sistemas muy potentes y flexibles con respuestas en tiempo real.
Corteza-R7: El Cortex-R7 amplía significativamente el rendimiento. Cuentan con una canalización de 11 etapas y permiten tanto la ejecución desordenada como la predicción de bifurcaciones de alto nivel. Las herramientas se pueden implementar para el multiprocesamiento simétrico y asimétrico. El controlador de interrupción genérico es otra característica importante que debe mencionarse.
Corteza-M
Cortex-M diseñado específicamente para apuntar al mercado de MCU. La serie Cortex-M está construida sobre la arquitectura ARMv7-M (usada para Cortex-M3 y Cortex-M4), y la Cortex-M0 + más pequeña está construida sobre la arquitectura ARMv6-M. Es seguro decir que el Cortex-M se ha convertido para el mundo de 32 bits en lo que el 8051 es para el de 8 bits: un núcleo estándar de la industria suministrado por muchos proveedores. La serie Cortex-M se puede implementar como soft core en una FPGA, por ejemplo, pero es mucho más común encontrarlos implementados como MCU con memorias, relojes y periféricos integrados. Algunos están optimizados para la eficiencia energética, otros para un alto rendimiento y algunos se adaptan a un segmento de mercado específico, como la medición inteligente.
Para aplicaciones que son particularmente sensibles a los costos o que están migrando de 8 bits a 32 bits, el miembro más pequeño de la serie Cortex-M podría ser la mejor opción.
Corteza-M0: El Cortex-M0+ usa el conjunto de instrucciones Thumb-2 y tiene una canalización de 2 etapas. Las características significativas son el bus para GPIO de ciclo único y el búfer de microtraza.
Corteza-M3 y M4: El Cortex-M3 y el Cortex-M4 son núcleos muy similares. Cada uno ofrece una tubería de 3 etapas, múltiples buses de 32 bits, velocidades de reloj de hasta 200 MHz y opciones de depuración muy eficientes. La diferencia significativa es la capacidad del núcleo Cortex-M4 para DSP. Cortex-M3 y Cortex-M4 comparten la misma arquitectura y conjunto de instrucciones (Thumb-2). Si su aplicación requiere matemáticas de punto flotante, lo hará considerablemente más rápido en un Cortex-M4 que en un Cortex-M3. Dicho esto, para una aplicación que no utiliza las capacidades DSP o FPU del Cortex-M4, verá el mismo nivel de rendimiento y consumo de energía en un Cortex-M3. En otras palabras, si necesita la funcionalidad DSP, elija un Cortex-M4. De lo contrario, el Cortex-M3 hará el trabajo.
Conclusión
Figura 2. Descripción general de la corteza
Los procesadores ARM ofrecen una variedad de capacidades para diferentes propósitos. Con un poco de reflexión e investigación, podrá encontrar el procesador adecuado que se adapte a las necesidades de su aplicación. ya sea para una tableta de alta gama o un nodo de sensor inalámbrico de costo ultra bajo.
Es un desafío tomar la decisión correcta del núcleo de Cortex y convertir la idea en realidad. Pero un equipo de profesionales experimentados puede ocuparse de todos los problemas e implementar conceptos de cualquier complejidad.
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