ARMプロセッサの選択方法
概要
の最も広い範囲 マイクロプロセッサ ほぼすべてのアプリケーション市場のコア。 探検 ARM。 ほぼすべてのアプリケーション市場、プロセッサのパフォーマンス、電力、およびコストの要件は非常に重要です。 システムのパフォーマンスは、ハードウェアに大きく依存します。 この記事では、ARMプロセッサの研究をガイドし、意思決定に大いに役立ちます。
ARMの簡単な紹介
図1.ARMプロセッサのロードマップ
2003年以前は、ARM7（ARMv4アーキテクチャ）、ARM9（ARMv5アーキテクチャ）、ARM11（ARMv6アーキテクチャ）を含む従来のARMプロセッサがあります。 ARM7にはMMU（メモリ管理ユニット）がなく、LinuxやWinCEなどのマルチユーザーマルチプロセスシステムを実行できません。 MMUを必要としないucOSやucLinuxなどのシステムのみを実行できます。 ARM9およびARM11は、Linuxを実行できるMMUを備えた組み込みCPUです。
2003年以降、ARMv7アーキテクチャに関しては、Cortexにちなんで名付けられ、次のXNUMXつのシリーズに分けられました。 Cortex-A、Cortex-R、およびCortex-M。
- 皮質A —パフォーマンスを重視するシステム用のアプリケーションプロセッサコア
- コーテックス-R –リアルタイムアプリケーション用の高性能コア
- コーテックス-M –幅広い組み込みアプリケーション向けのマイクロコントローラーコア
簡単に言えば、 皮質A このシリーズは、高いコンピューティング要件があり、豊富なオペレーティングシステムを実行し、インタラクティブなメディアとグラフィックスのエクスペリエンスを提供するアプリケーションに適しています。 コーテックス-R 信頼性、高可用性、フォールトトレランス、保守性、およびリアルタイムの応答を必要とする場合に適しています。 コーテックス-M このシリーズは、コストと電力に敏感なMCUとエンドアプリケーションを対象としています。
Cortex-A VS Cortex-R VS Cortex-M
皮質A
Cortex-プロセッサのカテゴリは、LinuxおよびAndroidデバイス専用です。 スマートウォッチやタブレットから始まり、ネットワーク機器に続くすべてのデバイスは、Cortex-Aプロセッサでサポートできます。
- Cortex-Aプロセッサ（A5、A7、A8、A9、A12、A15、およびA17）は、ARMv7-Aアーキテクチャに基づいています。
- Aプロセッサの一般的な機能のセットには、メディア処理エンジン（NEON）、セキュリティ目的のツール（Trustzone）、およびサポートされているさまざまな命令セット（ARM、Thumb、DSPなど）が含まれます。
- Cortex-Aプロセッサの主な機能は、ユーザーに可能な限り最高のサービスを提供するために緊密にバンドルされた最高のパフォーマンスと優れた電力効率です。
Cortex-Aプロセッサの主な特徴：
Cortex-A5：Cortex A5は、Cortex Aシリーズの中で最小かつ最低電力のメンバーですが、マルチコアパフォーマンスを発揮でき、A9およびA15プロセッサと互換性があります。
Cortex-A7：A7の消費電力はA5とほぼ同じですが、A7によって提供されるパフォーマンスはA20よりも5％高く、Cortex-A15およびCortex-A17との完全なアーキテクチャ互換性があります。 Cortex-A7は、コストに敏感なスマートフォンやタブレットの実装に最適です。
コントレックス-A15： Cortex-A15は、このシリーズの最高性能のメンバーであり、A9の15倍の性能を提供します。 AXNUMXは、ハイエンドデバイス、低電力サーバー、およびワイヤレスインフラストラクチャでそのアプリケーションを見つけます。 これは、データ管理および仮想環境ソリューションに対する最初のプロセッササポートです。
コントレックス-A17： Cortex-A17は、A60よりも9％高いパフォーマンスを示します。 主な目的は、プレミアムクラスのデバイスのニーズを満たすことです。
コントレックス-A50：最新シリーズのContrex-A50は、ARMv8アーキテクチャ上に構築されており、エネルギー効率の高いArch64ビットシステムのサポートを提供します。 64ビットへの移行の明らかな理由は、4GBを超える物理メモリのサポートです。これはCortex-A15およびCortex-A7ですでに実現されています。
コーテックス-R
Cortex-Rプロセッサは、ハードディスクコントローラ、ネットワーク機器メディアプレーヤー、およびその他の同様のデバイスなどの高性能リアルタイムアプリケーションを対象としています。さらに、エアバッグ、ブレーキシステム、エンジン管理などの自動車業界を強力にサポートします。
Cortex-R4： Cortex-R4は、自動車用途に最適です。 最大600MHzのクロックが可能で、デュアルイシュー、プリフェッチ、および低遅延割り込みシステムを備えた8ステージのパイプラインを備えているため、セーフティクリティカルシステムに最適です。
Cortex-R5： Cortex-R5は、R4が提供する機能を拡張し、効率と信頼性を高め、エラー管理を強化します。 デュアルコアの実装により、リアルタイムの応答を備えた非常に強力で柔軟なシステムを構築できます。
Cortex-R7： Cortex-R7はパフォーマンスを大幅に拡張します。 これらは11ステージのパイプラインを備えており、アウトオブオーダー実行と高レベルの分岐予測の両方を可能にします。 ツールは、ロックステップ、対称、および非対称のマルチプロセッシング用に実装できます。 汎用割り込みコントローラーは、言及する必要のあるもうXNUMXつの重要な機能です。
コーテックス-M
特にMCU市場をターゲットにするように設計されたCortex-M。 Cortex-MシリーズはARMv7-Mアーキテクチャ（Cortex-M3およびCortex-M4に使用）上に構築されており、小型のCortex-M0 +はARMv6-Mアーキテクチャ上に構築されています。 Cortex-Mは32ビットの世界向けになり、8051は8ビット向けになりました。これは多くのベンダーが提供する業界標準のコアです。 たとえば、Cortex-MシリーズはFPGAのソフトコアとして実装できますが、メモリ、クロック、および周辺機器が統合されたMCUとして実装されるのがはるかに一般的です。 エネルギー効率のために最適化されたものもあれば、高性能のために最適化されたものもあり、スマートメータリングなどの特定の市場セグメントに合わせて調整されたものもあります。
特にコストに敏感なアプリケーションや、8ビットから32ビットに移行するアプリケーションの場合、Cortex-Mシリーズの最小メンバーが最適な選択肢となる可能性があります。
Cortex-M0： Cortex-M0 +はThumb-2命令セットを使用し、2ステージのパイプラインを備えています。 重要な機能は、シングルサイクルGPIO用のバスとマイクロトレースバッファーです。
Cortex-M3＆M4： Cortex-M3とCortex-M4は非常によく似たコアです。 それぞれが3ステージのパイプライン、複数の32ビットバス、最大200 MHzのクロック速度、および非常に効率的なデバッグオプションを提供します。 大きな違いは、DS用のCortex-M4コアの機能です。 Cortex-M3とCortex-M4は、同じアーキテクチャと命令セット（Thumb-2）を共有しています。 アプリケーションで浮動小数点演算が必要な場合は、Cortex-M4よりもCortex-M3の方がかなり高速にこれを実行できます。 とはいえ、Cortex-M4のDSPまたはFPU機能を使用していないアプリケーションの場合、Cortex-M3で同じレベルのパフォーマンスと消費電力が見られます。 つまり、DSP機能が必要な場合は、Cortex-M4を使用してください。 それ以外の場合は、Cortex-M3がその役割を果たします。
まとめ
図2.皮質の概要
ARMプロセッサは、さまざまな目的のためにさまざまな機能を提供します。 少し考えて調査することで、アプリケーションのニーズに合った適切なプロセッサを見つけることができます。 ハイエンドタブレット用か、超低コストのワイヤレスセンサーノード用か。
Cortexコアを正しく選択し、アイデアを実現することは課題です。 しかし、経験豊富な専門家のチームがすべての問題を処理し、あらゆる複雑さの概念を実装できます。
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