Rezumat: Cursul oferă o prezentare generală a procesoarelor multi-core una dintre cele mai populare la data de arhitecturi - ARM. procesoare multi-core ale acestei arhitecturi combină performanțe scalabile, un consum redus de energie, comenzi eficiente de sistem și sprijină o gamă largă de tehnologii și produse. Toate aceste calități le-o bază promițătoare pentru dispozitive mobile de ultimă generație fac.
Procesoare ARM cu IP-miezuri
În acest moment, compania a prezentat trei ARM arhitectura multi-core: ARM11 MPCore, Cortex-A9 MPCore și Cortex-A5 MPCore. Fiecare dintre aceste arhitecturi pot fi scalate de la unul până la patru nuclee de procesor (ARM11, Cortex-A9 și Cortex-A5) [48 -49 -50 -51]. Codul scris pentru procesoare simple pot rula pe multi-core.
Țintă procesor aplicații MPCore este în domeniul aplicațiilor mobile cu cerințe ridicate privind performanța, împreună cu resursele limitate de energie. Datorită performanței de vârf scalabile, acest procesor poate face față destul de ușor cu cerințele aplicațiilor moderne de înaltă performanță integrate menținând în același timp investițiile în software de pe piețele emergente.
Caracteristicile generale ale multi-core ARM-procesoare
procesoare MPCore suporta memorie cache de date pe deplin coerente, simplificând foarte mult multiprotsessing atât simetrice și asimetrice, de fapt, la fel ca orice altă tehnologie multiprocesor.
cererea de performanță este crescută prin posibilitatea de a separa miezurile cache de date, posibilitățile de distribuție și de echilibrare a sarcinii de procesare între procesoare, portare multi-tasking, și scalabilitate de aplicații datorită procesorului eficiente aplicații multi-threaded, tipică a software-ului de artă. Abilitatea de a transmite date între procesor cache-uri permite procesorului să împartă în mod eficient de date, fără a necesita acces la memorie.
procesoare MPCore permite producătorului să folosească același miez cu diferite configurații pentru produse cu proprietăți și cerințe diferite.
Până în prezent, licența pentru a produce ARM MPCore cicluri CPU a achiziționat mai mult de 15 de companii, inclusiv Broadcom, NEC Electronics. NVIDIA, Renesas Technology. Toshiba și Sarnoff Corporation, și este încorporată într-un număr mare de aplicații și dispozitive de pe piață astăzi. Tehnologia extinde semnificativ gama de aplicatii, oferind un model mai eficient al operațiunilor.
Toate soluțiile multi-core de la ARM bazate pe arhitectura de autobuz AMBA 3 AXI. făcând posibilă conectarea la procesoare nu este numai memorie și periferice, dar alte procesoare. interfață de autobuz procesor MPCore și scalabilitate vă permit să ajustați performanța sistemului, optimizarea consumului de energie și de a reduce costul total al soluției și riscul uzurii morale în trecerea la următoarea generație de dispozitive digitale. Integrarea cu componentele sistemului existent de asemenea, reduce riscurile, de exemplu, cu suport pentru sistemele de operare și a produselor bazate pe aceste procesoare. standard de lucru pentru ARM - model de programare Arhitectura cu suport pentru sistemele de operare și aplicațiile existente. Disponibil compatibil cu sistemele de operare Linux 2.6 SMP și instrumente de dezvoltare.
Suprafața ocupată pe un cip procesoare, gama de frecvențe de operare și consumul de energie depind de punerea în aplicare utilizată în proces, biblioteci de componente și optimizarea.
În ciuda diferențelor în nucleele unor diferențe în construcția de versiuni multi-core ale procesoarelor, există o serie de tehnologii, susținute de toate.
tehnologiile de accelerare a aplicațiilor bazate pe Java - Jazelle DBX si Jazelle RCT pentru optimizarea procesului de compilare adaptiv "on the fly" (Just In Time (JIT) și Dynamic Adaptive Compilation (DAC)), precum și pentru a reduce consumul de memorie - un maxim de trei ori.
Tehnologia TrustZone este proiectat pentru a asigura siguranța tranzacțiilor, gestionarea certificatelor digitale. a crea o bază de date pentru a verifica și de a proteja drepturile (Digital Rights Management (DRM)).
ARM11 MPCore
procesor Sintetizat ARM11 MPCore [48] sprijină ARM11 microarhitectura și poate conține de la unul până la patru procesoare (Figura 8.1.) de performanță Atingerea la 2600 DMIPS; Acesta are o lățime de bandă de memorie extinsă de ordinul 1.3 Gb / s pentru un singur procesor.
Fig. 8.1. procesor Structura ARM11 MPCore
procesor ARM11 MPCore susține arhitectura Armv6 care acceptă degetul mare, extensii DSP, SIMD de procesare multimedia și ARM Jazelle Java.
Subsistemul de memorie de înaltă performanță procesor. Fiecare procesor are propriile sale de date și instrucțiuni cache-uri independente pentru a păstra consecvența datelor. Mărimea instrucțiunilor cache și datele pot fi modificate în mod independent, în intervalul de la 16 KB la 64 KB pentru fiecare nucleu în parte.
Suporta 64-biți AMBA interfață AXI cu sistem de bus simplu sau dublu pe 64 de biți AMBA 3 AXI. Sistemul de 64-biți autobuz AMBA 3 AXI simplifică schimbul de date în sistem la o lățime de bandă suficient de mare și un sistem de sincronizare simplu.
Vector co-procesor (coprocesoare Vector Floating Point) funcționează cu numere în formatul virgulă mobilă.
Și unitatea de control de distribuție este o întrerupere programabil - 255 poate fi configurat pentru surse independente de întreruperi hardware
Adăugat sistem de gestionare a energiei: multiprocesor este abilitatea de a dezactiva resursele neutilizate și procesoare (Adaptive Shutdown), care oferă în cele din urmă consumul de putere dinamic de ordinul a 0,49 mW / MHz - economii de până la 85% din energie.
ARM11 MPCore permite proiectanților de sisteme să ia în considerare un cip procesor separat, ca un singur procesor. simplificând astfel procesul de dezvoltare și reducerea timpului de lansare pe piață.
- procesul de 90nm;
- frecvența de funcționare - 320-620 MHz;
- cache amprentă 1,77 mm 2;
- dimensiunea memoriei cache - 16K / 16K;
- Consumul de energie - 0,23-0,43 mW / MHz (fără cache - 0,180,37 mW / MHz).
Suprafața ocupată a miezului. lățime de bandă și consumul de energie depind de punerea în aplicare utilizată în proces, biblioteci de componente și optimizarea. Aceste numere au fost obținute în următoarele condiții de producție: proces - TSMC; un set standard de biblioteci de componente - ARM Artisan.
Seria Cortex-A MPCore
Familia de procesoare Cortex-A MPCore [49 -50 -51] - Cortex-A5 MPCore și Cortex-A9 MPCore - în afară de o amprentă mică și energie au o varietate bogată de funcționalități și caracteristici ARMv7 arhitectură, care oferă în cele din urmă o performanță ridicată și un consum redus de energie. atât software-ul de aplicații specifice, precum și la planul general al dispozitivelor. De asemenea, a sprijinit tehnologia Thumb -2, oferă de înaltă performanță în timp ce reducerea dimensiunii de cod cu 30%.
Procesoarele care fac parte din multiprocesoarele Cortex-A MPCore, au un bloc de operații punctuale capabile să execute operații cu precizie simplă și dublă plutitoare. Ea are aproximativ de două ori performanța decât versiunile anterioare ale FPU ARM.
(. Figura 8.2) Arhitectura ARM Cortex-A5 / A9 este un multimedia de 128 de biți extensie arhitectura SIMD - NEON. concepute pentru a sprijini operațiunile și funcțiile de procesare a semnalului digital multimedia (de exemplu, pentru a accelera algoritmi, cum ar fi H.264 și MP3). De asemenea, acest modul se extinde sistemul de setul de instrucțiuni ARM NEON avansată SIMD instrucțiuni. Mai întâi introdus cu procesor Cortex-A8.
Unitatea de predicție Sucursala menține trecătorile țintă și soluții tampon de istorie la nivel mondial, acuratețea predicțiilor, conform testelor, va fi de aproximativ 95%.
Subsistemul de memorie are capacitatea de a încărca date în primul cache de nivel într-un singur ciclu. Subsistemul optimizat AMBA AXI are o lățime de bandă care este mai mult de trei ori mai mare decât procesoarele ARM1176JZ-S.
Adăugat suport pentru mai multe tranzacții disparate cu memorie externă pentru mai încărcarea procesorului.
Deoarece tehnologia multiprocesor procesor Cortex-A9 MPCore MPCore include următoarele soluții și tehnologii:
- accelera armonizarea portuare - Accelerator Coerența Port (ACP) - pentru a crește performanța sistemului și pentru a reduce consumul de energie;
- Bloc avansat Bus Interface - pentru a reduce întârzierile în dispozitivele cu cerințe ridicate de lățime de bandă.
Programul de Componente Trace Macrocell și CoreSight Kit de proiectare permite dezvoltatorului să monitorizeze punerea în aplicare a programului sau cu păstrarea istoriei punerii în aplicare a cristalului tampon sau cu eliberarea acesteia printr-o interfață de depanare standard de. care simplifică foarte mult procesul de dezvoltare și de depanare de programe.
Tehnologia Multicore TrustZone trebuie să-și întrerupă suport hardware de virtualizare pentru protecția datelor și funcții avansate pentru soluțiile de virtualizare a aplicatiilor.
Shared Interrupt Controler - Generalized Interrupt Controler (GIC) - este conceput pentru a sprijini portabilitatea software și optimizarea schimbului inter-proces.