嵌入式系统/ARM技术中的Cortex系列ARM内核介绍

作者：杨硕,华清远见嵌入式学院讲师。 　　众所周知，英国的ARM公司是嵌入式微处理器世界当中的佼佼者。ARM一直以来都是自己研发微处理器内核架构，然后将这些架构的知识产权授权给各个芯片厂商，精简的CPU架构，高效的处理能力以及成功的商业模式让ARM公司获得了巨大的成功，使他迅速占据了32位嵌入式微处理器的大部分市场份额，甚至现在，ARM芯片在上网本市场的也大有与INTEL的ATOM处理器一较高低的实力。 　　目前，随着对嵌入式系统的要求越来越高，作为其核心的嵌入式微处理器的综合性能也受到日益严峻的考验，最典型的例子就是伴随3G网络的推广，对手机的本地处理能力要求很高，现在一个高端的智能手机 嵌入式系统是现代电子设备的核心，特别是在移动设备和物联网(IoT)中扮演着至关重要的角色。ARM技术，特别是其Cortex系列ARM内核，是嵌入式系统设计的关键组成部分。ARM公司，总部位于英国，是全球领先的微处理器内核架构设计者，以其精简的CPU架构和高能效而闻名。通过授权其知识产权给各大芯片制造商，ARM已经占领了32位嵌入式微处理器市场的大部分份额，并在多种设备中与Intel等竞争对手竞争。 Cortex系列的引入，标志着ARM架构的重大升级。在Cortex之前，ARM内核如ARM1到ARM11，均以ARM作为前缀。Cortex这个名字源自拉丁语，意指大脑皮层，暗示了它是ARM技术的最核心部分。Cortex系列是ARMv7架构的产物，这一架构具有许多显著特点，包括： 1. **Thumb-2技术**：它扩展了Thumb指令集，使其能与纯32位代码兼容，同时减少了31%的内存使用，提升了38%的性能。 2. **NEON技术**：增强了数字信号处理(DSP)和媒体处理能力，提升了浮点运算性能，适合3D图形、游戏物理效果以及嵌入式控制应用。 3. **兼容性**：ARMv7架构不仅向前兼容早期的ARM处理器软件，还支持JIT和DAC技术，适应不断发展的运行环境需求。 ARMv7架构分为三个系列：A系列（Cortex-A）面向高性能、基于虚拟内存的操作系统和应用；R系列（Cortex-R）专注于实时系统；M系列（Cortex-M）则为微控制器和低成本应用优化。每个系列都有其特定的应用场景和性能指标。 **Cortex-A8**是Cortex系列的首款应用处理器，代表了ARM在性能上的重大突破。它可以达到600MHz到1GHz的主频，同时功耗低于300毫瓦，性能高达2000 MIPS，非常适合移动设备。Cortex-A8是ARM的首款超级标量处理器，采用NEON技术和Jazelle RCT来支持多媒体和Java应用。此外，它还配备了高效的异常处理和内存泄漏控制机制。 Cortex-A8的性能提升主要得益于其先进的分支预测、NEON专用流水线以及对65nm工艺的优化，使得它能在极小的硅片面积上实现高性能和低功耗。这一系列处理器的出现，极大地推动了智能手机、平板电脑和其他智能设备的性能和功能的提升，奠定了ARM在嵌入式计算领域的领导地位。 随着技术的不断发展，Cortex系列不断进化，衍生出Cortex-A5、A7、A9、A15、A53、A72等更多型号，满足不同层次的性能需求。这些处理器广泛应用于移动通信、汽车电子、工业自动化、医疗设备、智能家居等多个领域，进一步巩固了ARM在嵌入式系统/ARM技术中的主导地位。