Come selezionare i processori ARM
Introduzione
La più ampia gamma di microprocessore core per quasi tutti i mercati applicativi. Esplorare ARM. I requisiti di prestazioni, alimentazione e costi per quasi tutti i mercati delle applicazioni, i processori sono cruciali. Le prestazioni del sistema dipendono fortemente dal suo hardware; questo articolo ti guiderà attraverso uno studio del processore ARM e sarà di grande aiuto nel tuo processo decisionale.
Una breve introduzione ad ARM
Figura 1. Roadmap dei processori ARM
Prima del 2003, esistono processori ARM classici che includono ARM7 (architettura ARMv4), ARM9 (architettura ARMv5) e ARM11 (architettura ARMv6). ARM7 non ha MMU (unità di gestione della memoria), non può eseguire sistemi multi-processo multiutente come Linux e WinCE. Può eseguire solo sistemi come ucOS e ucLinux che non necessitano di MMU. ARM9 e ARM11 sono CPU integrate con MMU, che possono eseguire Linux.
Dopo il 2003, quando si è trattato dell'architettura ARMv7, ha preso il nome da Cortex e diviso in tre serie: Cortex-A, Cortex-R e Cortex-M.
- Corteccia-A — core del processore dell'applicazione per sistemi ad alta intensità di prestazioni
- Corteccia-R – core ad alte prestazioni per applicazioni in tempo reale
- Corteccia-M – core di microcontrollori per un'ampia gamma di applicazioni embedded
In poche parole, Corteccia-A sono adatte per applicazioni che hanno requisiti di elaborazione elevati, eseguono sistemi operativi avanzati e forniscono un'esperienza grafica e multimediale interattiva. Corteccia-R sono adatti per ciò che richiede affidabilità, alta disponibilità, tolleranza ai guasti, manutenibilità e risposta in tempo reale. Corteccia-M serie sono destinate a MCU e applicazioni finali sensibili ai costi e all'alimentazione.
Cortex-A VS Cortex-R VS Cortex-M
Corteccia-A
La categoria di processori Cortex-A è dedicata ai dispositivi Linux e Android. Qualsiasi dispositivo – a partire da smartwatch e tablet e proseguendo con le apparecchiature di rete – può essere supportato da processori Cortex-A.
- I processori Cortex-A (A5, A7, A8, A9, A12, A15 e A17) si basano sull'architettura ARMv7-A
- Il set di funzionalità comuni per i processori A include un motore di elaborazione multimediale (NEON), uno strumento per scopi di sicurezza (Trustzone) e vari set di istruzioni supportati (ARM, Thumb, DSP ecc.)
- Le caratteristiche principali dei processori Cortex-A sono le massime prestazioni e la brillante efficienza energetica strettamente raggruppate per fornire agli utenti il miglior servizio possibile
Le principali caratteristiche del processore Cortex-A:
Cortex-A5: Il Cortex A5 è il membro più piccolo e più basso di potenza della serie Cortex A, ma può ancora dimostrare prestazioni multicore, è compatibile con i processori A9 e A15.
Cortex-A7: Il consumo energetico di A7 è quasi lo stesso di A5, ma le prestazioni fornite da A7 sono superiori del 20% rispetto ad A5 e la piena compatibilità architettonica con Cortex-A15 e Cortex-A17. Il Cortex-A7 è la scelta ideale per implementazioni di smartphone e tablet sensibili ai costi.
Contrex-A15: Il Cortex-A15 è il membro più performante di questa serie, fornendo il doppio delle prestazioni rispetto all'A9. A15 trova la sua applicazione in dispositivi di fascia alta, server a bassa potenza e infrastrutture wireless. Questo è il primo supporto del processore per la gestione dei dati e soluzioni di ambiente virtuale.
Contrex-A17: Il Cortex-A17 dimostra prestazioni superiori del 60% rispetto a quello dell'A9. L'obiettivo principale è soddisfare le esigenze dei dispositivi di classe premium.
Contrex-A50: Contrex-A50, l'ultima serie, sono costruiti sull'architettura ARMv8 e portano con sé il supporto per Arch64-bit un sistema ad alta efficienza energetica. Un'ovvia ragione per il passaggio a 64 bit è il supporto di oltre 4 GB di memoria fisica, già raggiunto su Cortex-A15 e Cortex-A7.
Corteccia-R
I processori Cortex-R sono destinati ad applicazioni in tempo reale ad alte prestazioni come controller di dischi rigidi, lettori multimediali di apparecchiature di rete e altri dispositivi simili. Inoltre, offrono anche un ottimo supporto per l'industria automobilistica come airbag, sistemi di frenatura e gestione del motore.
Corteccia-R4: Cortex-R4 è adatto per applicazioni automobilistiche. Può avere un clock fino a 600 MHz, ha una pipeline a 8 stadi con doppio problema, pre-fetch e un sistema di interrupt a bassa latenza che lo rende ideale per i sistemi critici per la sicurezza.
Corteccia-R5: Cortex-R5 estende le funzionalità offerte da R4 e aggiunge maggiore efficienza, affidabilità e migliora la gestione degli errori. L'implementazione dual-core consente di creare sistemi molto potenti e flessibili con risposte in tempo reale.
Corteccia-R7: Il Cortex-R7 estende significativamente le prestazioni. Sono caratterizzati da una pipeline a 11 fasi e consentono sia l'esecuzione fuori ordine che la previsione dei rami di alto livello. Gli strumenti possono essere implementati per il multiprocessing lock-step, simmetrico e asimmetrico. Il controller di interrupt generico è un'altra caratteristica significativa che dovrebbe essere menzionata.
Corteccia-M
Cortex-M progettato specificamente per il mercato MCU. La serie Cortex-M è costruita sull'architettura ARMv7-M (utilizzata per Cortex-M3 e Cortex-M4) e la più piccola Cortex-M0+ è costruita sull'architettura ARMv6-M. È sicuro dire che il Cortex-M è diventato per il mondo a 32 bit ciò che l'8051 è per l'8 bit: un core standard del settore fornito da molti fornitori. La serie Cortex-M può essere implementata come soft core in un FPGA, ad esempio, ma è molto più comune trovarli implementati come MCU con memorie, clock e periferiche integrati. Alcuni sono ottimizzati per l'efficienza energetica, alcuni per alte prestazioni e alcuni sono personalizzati per un segmento di mercato specifico come la misurazione intelligente
Per le applicazioni particolarmente sensibili ai costi o che stanno migrando da 8 bit a 32 bit, il membro più piccolo della serie Cortex-M potrebbe essere la scelta migliore.
Corteccia-M0: Il Cortex-M0+ utilizza il set di istruzioni Thumb-2 e dispone di una pipeline a 2 stadi. Caratteristiche significative sono il bus per GPIO a ciclo singolo e il micro buffer di traccia.
Cortex-M3&M4: Il Cortex-M3 e il Cortex-M4 sono core molto simili. Ciascuno offre una pipeline a 3 fasi, più bus a 32 bit, velocità di clock fino a 200 MHz e opzioni di debug molto efficienti. La differenza significativa è la capacità del core Cortex-M4 per DSP. Cortex-M3 e Cortex-M4 condividono la stessa architettura e set di istruzioni (Thumb-2). Se la tua applicazione richiede la matematica in virgola mobile, lo farai molto più velocemente su un Cortex-M4 rispetto a un Cortex-M3. Detto questo, per un'applicazione che non utilizza le funzionalità DSP o FPU del Cortex-M4, vedrai lo stesso livello di prestazioni e consumo energetico su un Cortex-M3. In altre parole, se hai bisogno della funzionalità DSP, scegli un Cortex-M4. Altrimenti, il Cortex-M3 farà il lavoro.
Conclusione
Figura 2. Panoramica sulla corteccia
I processori ARM offrono una varietà di funzionalità per scopi diversi. Con un po' di riflessione e di indagine, sarai in grado di trovare il processore giusto che si adatta alle tue esigenze applicative. che si tratti di un tablet di fascia alta o di un nodo sensore wireless a bassissimo costo.
È una sfida fare la scelta giusta del core Cortex e trasformare l'idea in realtà. Ma un team di professionisti esperti può occuparsi di tutti i problemi e implementare concetti di qualsiasi complessità.
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