ARM Cortex-R 系列

ARM9 五级流水线
ARM Cortex-R4处理器流水线技术
ARM10 六级流水线
五级流水线也有它的缺点，即存在一种互锁，即寄存器冲突。读寄 存器是在译码阶段，写寄存器是在回写阶段。如果当前指令(A)的目的操 作数寄存器和下一条指令(B)的源操作数寄存器一致，B指令就需要等A 回写之后才能译码。这就是五级流水线中的寄存器冲突。ARM10处理器 的流水线为了解决寄存器冲突的问题，增加了预取操作。因此ARM10由 6级流水线组成，利用预取、发送操作来取代ARM9中的取值操作。
ARM Cortex-R4模块结构框图
Cortex R4处理器支持手机、键盘、打印机及汽车电子设计，能协助新一代嵌 入式产品快速执行各种复杂的控制算法与实时工作的运算；可以通过内存保护单元 （MPU）高速存储以及紧密耦合内存（TCM）让处理器针对各种不同的嵌入式应 用进行最佳化调整，且不影响基本的ARM指令集兼容性。这种设计能够在延用原有 程序代码的情况下，降低系统的成本与复杂度，同时其紧密耦合内存功能也能提供 更小的规格及更高效率的整合，并带来快速的影响时间。
目录
ARM Cortex-R系列处理器总体介绍
ARM Cortex-R4处理器
ARM Cortex-R4处理器流水线
ARM Cortex-R4处理器寄存器
ARM Cortex-R系列处理器简介
• ARM Cortex-R系列处理器具有实时处理功能，可 以为嵌入式系统提供高性能解决方案，对系统可 靠性、高度实用性、容错性、可维护性和确定性 的影响至关重要。 • Cortex-R系列处理器拥有快速和决定性的处理能 力和高性能，同时满足具有挑战性的实时限制的 范围内的情况。在要求高容错能力的可靠系统中， 他们结合这些特点，无论是在性能、功耗还是面 积优化的封装等各个方面，都是值得信赖的选择。
ARM Cortex-R4处理器流水线技术
流水线设计的步（级）数越多，其完成一条指 令的速度越快，因此才能适应工作主频更高的CPU。 ARM Cortex-R4处理器采用8级双通道流水线，比以 前的ARM内核提高了至少40%的吞吐量。
The end,thank you!
ARM Cortex-R系列处理器简介
Cortex-R4
Cortex-R4 处理器是第一个基于 ARMv7-R 体系结构的深 层嵌入式实时处理器。它专用于大容量深层嵌入式片上系统 应用，如硬盘驱动器控制器、无线基带处理器、消费性产品、 手机MTK平台和汽车系统的电子控制单元。
ARM Cortex-R
ARM Cortex-R系列处理器简介
Cortex-R 功能集: • • • • • • 高性能、高时钟频率、深管道化的微体系结构。 性能增强技术，如指令预取、分支预测和超标量执行。 快速且具有确定性的中断响应。 同类最佳能效和芯片面积/成本效益。 硬件除法器、浮点单元 (FPU) 选项。 具有 Thumb-2 指令的 ARM v7-R 体系结构，可在不牺牲 性能的情况下实现高代码密度。 • 指令集增强，包括 SIMD、DSP 和媒体处理。 • 与经典 ARM9 和 ARM1156 处理器的二进制兼容性。 • 具有内存保护单元 (MPU) 的用户和授权软件操作模式。
ARM Cortex-R4处理器
• Cortex-R4 是成熟的处理器，于 2006 年 5 月投放市场，如今已在数 Βιβλιοθήκη Baidu万的 ASIC、ASSP 和 MCU 设备中使用。它是高性能实时 SoC 的 标准，取代了许多基于 ARM9 和 ARM11 处理器的设计。 • Cortex-R4 是为基于 90 nm 至 28 nm 的高级芯片工艺的实现而设计 的，此外其设计重点在于提升能效、实时响应性、高级功能和使得系 统设计更加容易。基于 40 nm G 工艺，Cortex-R4 可以实现以将近 1 GHz 的频率运行，此时它可提供 1,500 Dhrystone MIPS 的性能。该 处理器提供高度灵活且有效的双周期本地内存接口，使 SoC 设计者 可以最大限度地降低系统成本和功耗。 • 下图对基于 90 nm G 工艺实现的 Cortex-R4 与经典 ARM 处理器的 Dhrystone 基准性能进行了比较。Cortex-R4 的配置选项可以进行选 择以最大限度地减少处理器的芯片面积，重要的是这还可以最大限度 地降低漏泄功率。
ARM Cortex-R4处理器流水线技术
指令1 指令2 指令3 指令4
PC-8 PC-4 PC PC+4
MOV R0,R1 LDR R3,[R4] STR R9,[R13] MOV R6,R7 时钟周期
取指
译码 取指
执行 译码 取指 执行 译码 取指 当前周期
回写 访存 执行 译码 T1 回写 访存 执行 T2 T3 回写 回写 T4
Cortex-R5
Cortex-R5 处理器为市场上的实时应用提供高性能解决方 案，包括移动基带、汽车、大容量存储、工业和医疗市场。 该处理器基于 ARMv7R 体系结构。因此，它提供了一种从 Cortex-R4 处理器向上迁移到更高性能的 Cortex-R7 处理器 的简单迁移途径。
Cortex-R7
ARM Cortex-R系列处理器简介
Cortex-R 功能集: • 具有指令和数据高速缓存控制器的哈佛体系结构。 • 用于获得快速响应代码和数据的处理器本地的紧密耦合内 存 (TCM)。 • 高性能 64 位 AMBA 3 AXI 总线接口。 • 1 级内存系统的奇偶校验检测和 ECC 软错误检测/更正。 • 可配置的调试断点和检测点。 • CoreSight 调试访问端口和嵌入式跟踪模块选项。 • 配置选项包括/排除上述选项中的一部分以优化功率、性 能和面积。
Cortex-R7 处理器为范围广泛的深层嵌入式应用提供了高 性能的双核、实时解决方案。Cortex-R7 处理器通过引入新 技术（包括无序执行和动态寄存器重命名），并与改进的分 支预测、超标量执行功能和用于除法和其他功能的更快的硬 件支持相结合，提供了比其他 Cortex-R 系列处理器高得多 的性能级别。
ARM Cortex-R系列处理器简介
• ARM Cortex™-R 实时处理器为具有严格的实时响应限制的深层嵌入 式系统提供高性能计算解决方案。目标应用包括： • 智能手机和基带调制解调器中的移动手机处理。 • 企业系统，如硬盘驱动器、联网和打印。 • 家庭消费性电子产品、机顶盒、数字电视、媒体播放器和相机。 • 用于医疗行业、工业和汽车行业的可靠系统的嵌入式微控制器。 • 在这些应用中，采用的是对处理响应设置硬截止时间的系统，如果要 避免数据丢失或机械损伤，则必须符合所设置的这些硬截止时间。因 此 Cortex-R 处理器是专为高性能、可靠性和容错能力而设计的，其 行为具有高确定性，同时保持很高的能效和成本效益。