3.5 Cortex-A系列處理器

在本節中，我們來仔細看一下實施ARMv7-A體系結構的處理器。在每種情況下僅給出了大概描述，對于每個處理器詳細的信息，請參閱表3-3和表10-1。

3.5.1 Cortex- A5處理器

Cortex-A5處理器支持ARMv7-A所有的架構功能，包括TrustZone安全擴展和NEON媒體處理引擎。它的面積和功耗效率是極高的，但比其他Cortex-A系列處理器的最高性能都低。Cortex-A5處理器有單核和多核版本。

如圖3-3所示的Cortex-A5處理器在某些情況下可以同時執行一個非分支跳轉指令和緊接著的分支跳轉指令，并且包含一個復雜的分支預測邏輯，以避免因分支跳轉導致流水線被沖刷并重新填充。NEON和浮點硬件的支持是可選的。Cortex-A5處理器還支持ARM和Thumb指令集以及Jazelle DBX和Jazelle-RCT技術。

3.5.2 Cortex-A7處理器

Cortex-A7多核處理器是一個高性能，低功耗的處理器，與其他在本書提到的Cortex-A系列處理器完全兼容。單核Cortex-A7處理器框圖如圖3-4所示。

Cortex-A7處理器包含高性能的Cortex-A15處理器的所有功能，包括虛擬化、大的物理地址的擴展（LPAE）、NENO和AMBA4 ACE的一致性。

Cortex-A7 MPCore處理器具有以下特點：

● 改進內存管理和總線接口；

● LPAE，可尋址高達1 TB的內存；

● 通過AMBA4技術解決多核處理器集的一致性問題；

● AMBA4緩存一致性互連技術（CCI）保證在多個Cortex-A7 MPCore處理器之間實現所有的緩存一致性。

3.5.3 Cortex-A8處理器

Cortex-A8處理器是第一個實現ARMv7-A體系結構的處理器。許多不同的處理器都使用它，包括三星S5PC100，德州儀器的OMAP3530和飛思卡爾的i.MX515，擁有很廣泛的應用，有些能超過1 GHz的主頻。

與以前的ARM處理器相比，Cortex-A8處理器有更復雜的微體系結構。圖3-5是單核Cortex-A8處理器框圖，展示了Cortex-A8處理器的內部結構，包括路徑。

獨立的指令和數據的一級高速緩存的大小為16KB或32KB，是對集成的統一二級高速緩存的一種補充，二級高速緩存可高達1MB的大小。一級和二級高速緩存都可為處理器提供128位寬的數據接口。一級數據緩存虛擬索引，但物理標記，而二級高速緩存的索引和標記都使用物理地址。在默認情況下，NEON使用的數據是不通過L1來緩存的（雖然NEON可以讀寫L1數據高速緩存中的數據）。

3.5.4 Cortex-A9處理器

Cortex-A9 MPCore處理器和Cortex-A9單核處理器提供比Cortex-A5和Cortex-A8處理器更高的性能，支持ARM、Thumb、Thumb-2、TrustZone、Jazelle RCT和DBX等技術單核Cortex-A9處理器框圖如圖3-6所示。

一級高速緩存系統在硬件上支持1～4個處理器的多核軟件的高速緩存一致性。ARM提供外部的二級高速緩存控制器（L2C-310，以前稱為PL310），支持高達8MB的高速緩存大小。該處理器還包含一個集成的中斷控制器，ARM通用中斷控制器（GIC）結構規范的實現，這可以被配置為對多達224個中斷源的支持。

集成Cortex-A9處理器的設備，有nVidia的雙核Tegra-2、ST的SPEAr1300和TI的OMAP4平臺。

3.5.5 Cortex-A15處理器

Cortex-A15 MPCore處理器是目前ARM處理器中性能最高的（在本書即將完成時，ARM已推出了更新的Cortex-A57），并且與本書中描述的其他ARM處理器的應用程序是兼容的。Cortex-A15 MPCore處理器推出了一些新功能，包括支持完整的硬件虛擬化和大物理地址擴展（LPAE），這就可以尋址高達1 TB的內存，其框圖如圖3-7所示。

Cortex-A15 MPCore處理器具有以下特點：

● 無序的超標量流水線；

● 緊密耦合的低延遲的二級高速緩存（高達4MB的大小）；

● 改進的浮點和NEON媒體性能；

● 全硬件虛擬化；

● 尋址高達1 TB內存的大物理地址擴展（LPAE）；

● 容錯性的糾錯能力和軟件故障恢復；

● 通過AMBA4總線技術形成了多個相干的多核處理器集；

● AMBA4緩存一致性互連（CCI），允許多個Cortex-A15 MPCore處理器之間的全緩存一致。

3.5.6 高通公司的Scorpion

設計兼容ARMv7-A指令集結構的處理器的不只有ARM公司。2005年，美國高通公司宣布，在ARM的許可下創建了它自己的實現，用了同樣的名稱——Scorpion。Scorpion處理器是高通公司Snapdragon平臺的一部分，其中包含了上網本、智能手機或其他移動互聯網設備的主要功能。

高通面向公眾提供了較少的信息，盡管它提到了Scorpion與Cortex-A8處理器有很多相似點，也是基于ARMv7-A體系結構的實現，ARMv7-A——超標量和雙發，以及對VFP和NEON（在高通的新聞稿上稱為VeNum媒體處理引擎）的支持。然而相比之下還是有很多差異的，Scorpion可以在其NEON執行中并行處理128位數據，具有1個13級的加載/存儲流水線和2個整數流水線，其中一個是10級，只能執行簡單的算術運算指令（如加減），而另一種是12級，可以執行所有的數據處理操作，包括乘法。Scorpion還有1個23級的floating-point/SIMD的流水線和VFPv3操作流水線。

本書不會詳細介紹Scorpion處理器，但作為符合ARMv7-A體系結構規范的處理器，本書介紹的大部分內容同樣適用于Scorpion處理器。