嵌入式也多核

嵌入式也多核

作者：祝祺斌

来源：《硅谷》2010年第18期

摘要：Cortex—A9 MPCore拥有比普通单核Cortex—A9kh器更为先进的电源管理功能，在提高性能的同时能够进一步降低功耗，达到甚至超过市场和应用对性能和功耗日益增长的要求。

关键词：嵌入式；ARM；Cortex—A9：MPCore；多核

中图分类号：TP3文献标识码：A文章编号：1671-7597(2010)09201-78－01

在提倡效率优先的当今社会，人们对各类移动终端的性能的要求在不断的提高，用以实现更多的媒体服务、更快的数据速率以及更多其他新功能。然而，消费者的需求是促进此类应用产品开发的最主要动力。因此如何降低终端产品成本，提高终端产品性能成了制造商面临的最大挑战。

在应用领域，既要求低成本又要求高性能的例子占据了绝大多数，例如：笔记本电脑、智能手机、PDA、手持GPS、便携式游戏机以及车载信息娱乐终端等等，不胜枚举。人们不但希望便携式产品功能强大，同时也要求电池使用时间足够长。因此，能够全天候使用已经成为人们对移动电子设备的品低要求。为达到这一要求，便携式产品生产厂商们必须着眼于如何在降低产品功耗同时提升产品性能以及增加产品的功能。

在各类嵌入式应用对效能需求持续增加的情况下，作为“大脑”的嵌入式处理器也“无奈”走上了多核之路。众所周知，采用多核处理器架构的处理器不但能够解决峰值性能的要求，而且能够大大降低功耗。多核设备不仅性能强大可扩展性高，而且功耗低，还为能够为设计者提供极大的灵活性及便利性。而ARM公司的Cortex-A9多核处理器，除了最高可达到8000DMIPS 的效能之外，还同时兼具了低功耗的特点，使得新一代的移动运算装置在较低能耗之下也能获得极好的性能。

Cortex A9处理器是ARM公司在已经投产的商用嵌入式处理器系列中性能最优秀的一款产品。该款处理器不仅采用了被广泛支持的ARMy7架构，还是基于最先进的推测型八级流水线所设计的。单就处理器架构来看，改良了的超纯量管线设计利用一个动态调整长度的八阶超纯量，以及具有乱序执行预测能力的同步多工管线，使其每个周期可执行四个指令，频率超过

1GHz。这些改进不仅仅能够降低成本，更能够解决主流八阶处理器的效率问题。因此，这款处理器的性能、功效和功能均达到了前所未有的水平，能够满足绝大部分消费、网络、企业和移动应用等各种领域中尖端产品的要求。虽然Cortex A9系列嵌入式处理器也具有传统的单核

选项，但Cortex A9系列嵌入式处理器的最大的亮点也是本文最为重点介绍的就是该系列旗下可扩展的Cortex-A9 MPCore多核处理器。

简单回顾一下历史：ARM公司的第一代的多核嵌入式处理器是在2004年发布的ARMll MPCore，该款处理器一经面世就获得了广泛的市场好评。以ARMll,MPCPCore技术为基础，经过了一系列的改良和开发，Cortex A9MPCore嵌入式处理器问世了。相对于ARMll MPCore，Cortex-A9 MPCore的性能获得了极大的提升，而其功耗相对也有了明显的降低。Cortex A9MPCore多核处理器是以集成缓存一致的方式支持1至4个CPU内核，可单独配置其任意的处理器，设定其缓存大小及是否支持MPE、PTM或FPU接口等。最令人惊叹的是Cortex A9 MPCore还集成了一种符合GIC架构的综合中断及通信系统，该系统配有专用外设，使其性能和软件可移植性都更上一层楼。众所周知，多核处理器如何维持各核心中高速缓存的一致性是一项极其重要的工作。对此Cortex A9 MPCore通过加速器一致性端口的设计，可以利用这个端口与其它装置共享高速缓存的内容，并支持所有标准的读／写动作，无需外加另外的一致性功能电路，因此能够在不增加功耗的情况下，提升其多核效能。

Cortex—A9 MPCore多核处理器采用了通过硅验证的ARMMPCore技术的增强版包括引入了侦测控制单元、通用中断控制器以及加速器链接埠。通过这些技术的应用，Cortex-A9 MPCore便可轻松实现可扩展型的多核处理。举个通用中断控制器的例子：该控制器是采用了最新标准化的中断控制器，为处理器之间的通信及系统中断的路由选择及优先级的确定提供了一种灵活而丰富的解决办法。该中断控制器通过软件的控制，最多可达到支持224个独立中断，可在整个CPU中对各个中断进行分配，确定其硬件优先级并在操作系统与信任区软件管理层之间进行路由。这种路由灵活性加上对中断虚拟进入操作系统的支持，是进步提升基于半虚拟化管理器解决方案功能的关键因素之一。更令人惊讶的是，Cortex A9 MPCore具有先进的微架构，其微架构的设计不但着眼于为了解决超高频设计的效率低下问题，而且把目标定为在不增加嵌入式设备的硅成本的前提下最大限度地提升处理效率。通过综合技术，这种处理器设计能够轻松使设备的时钟频率超过1GHz，而且提供了较高的功效水平，满足了长时间电池供电工作的要求。简而言之，Cm-tex A9 MPCore拥有比普通单核Cortex-A9处理器更为先进的电源管理功能，在提高性能的同时能够进一步降低功耗，达到甚至超过了市场和应用对性能和功耗日益增长的要求。

由于Cortex-A9 MPCore是首款能提供总计超过8.000DMIPS效能的可合成ARM处理器，不仅能支持各种要求严苛的高效能消费性与企业应用，同时能在功耗预算仪为250mW的移动平台内，大幅超越市面上绝大部分手持式装置的性能。采用台积电的65nm原生制程的Cortex-A9 MPCore可提供超过2.0DMIPS／MHz的效能，同时核心逻辑成本占用不到1.5mm2面积的硅组件。目前，包括NVIDIA、Samsung、TI、及NVIDIA等知名国际公司都已宣布采用此新一代的处理器方案。综上，我们可以毫不犹豫的相信Cortex—A9MPCore势必将会成为一代经典嵌入式处理器的代表。