Глава 21. Особенности архитектур arMv7a, arMv8, arMv7m
21.1. Версии архитектуры процессоров arm
В настоящее время архитектура ARM занимает лидирующие позиции и охватывает преобладающую часть рынка мобильных устройств и микроконтроллеров для встраиваемых систем. Например, с 1991 г. по 2013 г. выпущено 50 миллиардов микросхем с архитектурой ARM.
Версии архитектуры ARM (до версии ARMv8) и процессоры, разработанные по этим архитектурам, представлены на рис. 21.1.
Рис. 21.1. Версии архитектуры ARM (до версии ARMv8) и процессоры, разработанные по этим архитектурам
Процессоры с архитектурами ARMv4, ARMv5 и ARMv6 до сих пор используются в не очень сложных устройствах, так как позволяют обойтись меньшими затратами за лицензии.
Процессоры Cortex-Ai (архитектуры ARMv7A и ARMv8A) — семейство процессоров, ориентированных на рынок потребительской электроники и способных решать широкий спектр задач, которые должны решать современные мобильные устройства (смартфоны, планшеты и другие). В настоящее время используются процессоры Cortex-A5, Cortex-A7, Cortex-A8, Cortex-A9, Cortex-A15, а также Cortex-A53 и Cortex-A57 с архитектурой ARMv8A.
Процессоры Cortex-Ri (архитектура ARMv7R) созданы для приложений реального времени. Везде, где требуется отклик системы в строго определенное время, процессоры серии Cortex-R обеспечат его. Наиболее предпочтительными областями применения этой процессорной линейки являются, конечно же, встроенные решения, такие как контроллеры промышленного и медицинского оборудования, автомобильная электроника и коммуникационные системы. Впрочем, и в потребительской электронике процессорам Cortex-R находится достойное применение. Контроллеры жестких дисков, процессоры обработки сигналов в фото/видеомодулях смартфонов и цифровых камер, набирающее силу «умное» телевидение — вот только малая часть областей, где процессоры Cortex-R могут применить свои способности.
Процессоры Cortex-Mi (архитектура ARMv7M) Cortex-M0, Cortex-M1, Cortex-M3, Cortex-M4 — пришли на смену 8- и 16-разрядным микроконтроллерам для встраиваемых систем. Низкое энергопотребление, минимальное тепловыделение и маленькие габариты наряду с достаточной производительностью позволяют им стать во главе «умной» бытовой техники, а также интеллектуальных контроллеров в областях автомобильной электроники и игровых консолей. Чем больше номер i в названии микроконтроллера Cortex-Mi, тем большие возможности и производительность микроконтроллера.
Примеры сочетания в одном устройстве процессоров с архитектурой Cortex приведены на рисунках 21.2 и 21.3.
Рис. 21.2. Система на кристалле типичного планшета
Рис. 21.3. Система на кристалле типичного модема
21.2. Архитектура arMv7a
Особенности архитектуры
Все команды 32-х разрядные.
Команды обращения в оперативную память выделены в отдельную группу.
Команды обработки оперируют с содержимым только регистров.
Предусмотрено 16 32-х разрядных регистров общего назначения.
Реализовано условное выполнение команд.
Имеются мощные индексированные адресные режимы.
Простые, но быстрые, с двумя уровнями приоритетов подсистемы прерываний с альтернативными регистрами.
Предусмотрена возможность расширения системы команд командами сопроцессоров.