Como selecionar processadores ARM
Introdução
A mais ampla gama de microprocessador núcleos para quase todos os mercados de aplicativos. Explorar ARM. Requisitos de desempenho, energia e custo para quase todos os mercados de aplicativos e processadores são cruciais. O desempenho do sistema depende muito de seu hardware; este artigo irá guiá-lo no estudo do processador ARM e será de grande ajuda na sua tomada de decisão.
Uma breve introdução ao ARM
Figura 1. Roteiro dos processadores ARM
Antes de 2003, havia processadores ARM clássicos, incluindo ARM7 (Arquitetura ARMv4), ARM9 (Arquitetura ARMv5), ARM11 (Arquitetura ARMv6). ARM7 não tem MMU (unidade de gerenciamento de memória), não pode executar sistemas multiusuário e multiprocessos, como Linux e WinCE. Só pode executar sistemas como ucOS e ucLinux que não precisam de MMU. ARM9 e ARM11 são CPUs embutidas com MMU, que podem rodar Linux.
Depois de 2003, quando se tratava da arquitetura ARMv7, ela recebeu o nome de Cortex e foi dividida em três séries: Cortex-A, Cortex-R e Cortex-M.
- Cortex-A — núcleos de processador de aplicativos para sistemas de alto desempenho
- Córtex-R - núcleos de alto desempenho para aplicativos em tempo real
- Córtex-M - núcleos de microcontroladores para uma ampla gama de aplicativos incorporados
Simplificando, Cortex-A As séries são adequadas para aplicativos que possuem altos requisitos de computação, executam sistemas operacionais sofisticados e fornecem mídia interativa e experiência gráfica. Córtex-R são adequados para que exigem confiabilidade, alta disponibilidade, tolerância a falhas, manutenibilidade e resposta em tempo real. Córtex-M series destinam-se a MCUs sensíveis ao custo e à energia e aplicações finais.
Cortex-A versus Cortex-R versus Cortex-M
Cortex-A
A categoria de processadores Cortex-A é dedicada a dispositivos Linux e Android. Quaisquer dispositivos – a partir de smartwatches e tablets e continuando com equipamentos de rede – podem ser suportados por processadores Cortex-A.
- Processadores Cortex-A (A5, A7, A8, A9, A12, A15 e A17) é baseado na arquitetura ARMv7-A
- O conjunto de recursos comuns para processadores A inclui um mecanismo de processamento de mídia (NEON), uma ferramenta para fins de segurança (Trustzone) e vários conjuntos de instruções compatíveis (ARM, Thumb, DSP etc.)
- Os principais recursos dos processadores Cortex-A são desempenho superior e eficiência de energia brilhante, agrupados para fornecer aos usuários o melhor serviço possível
As principais características do processador Cortex-A:
Cortex-A5: O Cortex A5 é o membro menor e de menor potência da série Cortex A, mas ainda pode demonstrar desempenho multicore, é compatível com os processadores A9 e A15.
Cortex-A7: O consumo de energia do A7 é quase o mesmo do A5, mas o desempenho fornecido pelo A7 é 20% superior ao do A5, bem como compatibilidade arquitetônica total com Cortex-A15 e Cortex-A17. O Cortex-A7 é a escolha ideal para implementações de smartphones e tablets sensíveis ao custo.
Contrex-A15: O Cortex-A15 é o membro de maior desempenho desta série, oferecendo o dobro do desempenho do A9. O A15 encontra sua aplicação em dispositivos de última geração, servidores de baixo consumo de energia e infraestrutura sem fio. Este é o primeiro suporte de processador para soluções de gerenciamento de dados e ambiente virtual.
Contrex-A17: O Cortex-A17 demonstra um desempenho 60% superior ao do A9. O objetivo principal é satisfazer as necessidades dos dispositivos de classe premium.
Contrex-A50: Contrex-A50, série mais recente, é construído na arquitetura ARMv8 e traz suporte para Arch64-bit, um sistema com eficiência energética. Uma razão óbvia para a mudança para 64 bits é o suporte de mais de 4 GB de memória física, que já é alcançado no Cortex-A15 e Cortex-A7.
Córtex-R
Os processadores Cortex-R visam aplicações em tempo real de alto desempenho, como controladores de disco rígido, reprodutores de mídia de equipamentos de rede e outros dispositivos semelhantes.
Córtex-R4: Cortex-R4 é adequado para aplicações automotivas. Ele pode ter clock de até 600 MHz, possui um pipeline de 8 estágios com emissão dupla, pré-busca e um sistema de interrupção de baixa latência, tornando-o ideal para sistemas críticos de segurança.
Córtex-R5: O Cortex-R5 estende os recursos oferecidos pelo R4 e adiciona maior eficiência, confiabilidade e melhora o gerenciamento de erros. A implementação dual-core torna possível construir sistemas muito poderosos e flexíveis com respostas em tempo real.
Córtex-R7: O Cortex-R7 aumenta significativamente o desempenho. Eles apresentam um pipeline de 11 estágios e permitem a execução fora de ordem e a previsão de ramificação de alto nível. As ferramentas podem ser implementadas para multiprocessamento de passo de bloqueio, simétrico e assimétrico. O controlador de interrupção genérico é outro recurso significativo que deve ser mencionado.
Córtex-M
Cortex-M projetado especificamente para atingir o mercado de MCU. A série Cortex-M é construída na arquitetura ARMv7-M (usada para Cortex-M3 e Cortex-M4), e a menor Cortex-M0+ é construída na arquitetura ARMv6-M. É seguro dizer que o Cortex-M se tornou para o mundo de 32 bits o que o 8051 é para o de 8 bits – um núcleo padrão da indústria fornecido por muitos fornecedores. A série Cortex-M pode ser implementada como soft core em um FPGA, por exemplo, mas é muito mais comum encontrá-las implementadas como MCU com memórias, clocks e periféricos integrados. Alguns são otimizados para eficiência energética, alguns para alto desempenho e alguns são adaptados a um segmento de mercado específico, como medição inteligente
Para aplicativos que são particularmente sensíveis ao custo ou estão migrando de 8 bits para 32 bits, o menor membro da série Cortex-M pode ser a melhor escolha.
Córtex-M0: O Cortex-M0+ usa o conjunto de instruções Thumb-2 e possui um pipeline de 2 estágios. Recursos significativos são o barramento para GPIO de ciclo único e o buffer de micro trace.
Cortex-M3 e M4: O Cortex-M3 e o Cortex-M4 são núcleos muito semelhantes. Cada um oferece um pipeline de 3 estágios, vários barramentos de 32 bits, velocidades de clock de até 200 MHz e opções de depuração muito eficientes. A diferença significativa é a capacidade do núcleo Cortex-M4 para DSP. O Cortex-M3 e o Cortex-M4 compartilham a mesma arquitetura e conjunto de instruções (Thumb-2). Se sua aplicação requer matemática de ponto flutuante, você fará isso consideravelmente mais rápido em um Cortex-M4 do que em um Cortex-M3. Dito isso, para um aplicativo que não está usando os recursos DSP ou FPU do Cortex-M4, você verá o mesmo nível de desempenho e consumo de energia em um Cortex-M3. Em outras palavras, se você precisa da funcionalidade DSP, escolha um Cortex-M4. Caso contrário, o Cortex-M3 fará o trabalho.
Conclusão
Figura 2. Visão geral do Cortex
Os processadores ARM oferecem uma variedade de recursos para diferentes propósitos. Com um pouco de reflexão e investigação, você poderá encontrar o processador certo que atende às necessidades de sua aplicação. seja para um tablet de última geração ou um nó de sensor sem fio de custo ultrabaixo.
É um desafio fazer a escolha certa do núcleo Cortex e transformar a ideia em realidade. Mas uma equipe de profissionais experientes pode cuidar de todas as questões e implementar conceitos de qualquer complexidade.
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