Глава 35. Структуры многоядерных процессоров для мобильных и встроенных систем

35.1. Общая характеристика многоядерных процессоров фирмы arm

Область применения многоядерных процессоров Cortex A — это мобильные приложения с высокими требованиями по производительности совместно с ограниченными энергетическими ресурсами.

Многоядерные процессоры фирмы ARM поддерживают полностью когерентную кэш-память-память данных, обеспечивая как симметричную, так и асимметричную работу, собственно как и любую другую мультипроцессорную технологию.

Ядра процессора разделяют общую кэш-память-память последнего уровня (кэш-память-память L2). Это обеспечивает передачи данных между кэш-памятями ядер без необходимости доступа в оперативную память.

Оптимизированная кэш-память-память первого уровня существенно ускоряет операции с данными при сохранении достаточно низкого энергопотребления. Обеспечивается аппаратная реализация индексации и тэгирования данных кэш-памяти. Это устраняет временные издержки из-за наложения адресов или необходимости очистки кэш-памяти при смене контекста в операционной системе.

Кэш-память данных используется как при операциях чтения, так и при записи данных совместно с адаптируемым буфером записи, который позволяет существенно снизить количество обращений к оперативной памяти и может формировать запросы на массированную передачу данных из нескольких запросов к оперативной памяти. Выделение пространства кэш-памяти выполняется всего за один такт.

Все многоядерные решения фирмы ARM базируются на шинной структуре AMBA 3 AXI, дающей возможность подключать к процессорам не только оперативную память и периферийные устройства, но и другие процессоры.

Занимаемая процессорами площадь на кристалле, диапазон рабочих частот и потребляемая мощность зависят от использованного при реализации технологического процесса, библиотек компонентов и оптимизации.

Несмотря на различия в ядрах и некоторые различия в построении многоядерных вариантов процессоров все многоядерные процессоры поддерживают:

технологию ускорения выполнения java-приложений — Jazelle DBX и Jazelle RCT, которые необходимы для оптимизации процесса адаптивной компиляции на лету, а также уменьшения расхода оперативной памяти до трех раз;

технологию TrustZone для обеспечения безопасности транзакций, управления цифровыми сертификатами, создания базы для проверки и защиты прав.

35.2. Примеры структур 32-разрядных многоядерных процессоров Cortex a

Многоядерный процессор Cortex-A7

Структура многоядерного процессора Cortex-A7 приведена на рис. 35.1.

Рис. 35.1. Структура многоядерного процессора Cortex-A7

Основные особенности процессора Cortex-A7:

архитектура ARMv7-A;

расширенное адресное пространство;

возможно использование виртуализации;

один декодер;

команды выполняются по очереди;

самый энергоэффективный из всех процессоров линейки Cortex- А5 - Cortex-А15.

Многоядерный процессор Cortex-A15

Структура многоядерного процессора Cortex-A15 приведена на рис. 35.2.

Рис. 35.2. Структура процессора Cortex-A15

Основные особенности процессора Cortex-A15:

архитектура ARMv7-A;

набор команд совместимый с набором команд процессора Cortex-A7;

15-ступенчатый конвейер;

расширенное адресное пространство;

возможно использование виртуализации;

улучшенный блок предсказания ветвлений;

команды выполняются вне очереди;