Cortex-A7 MPCore 简介与处理器运行模型

时间:2019-11-27
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Cortex-A7 MPcore 处理器支持 1~4 核,通常是和 Cortex-A15 组成 big.LITTLE 架构的,Cortex-A15 作为大核负责高性能运算,比如玩游戏啥的,Cortex-A7 负责普通应用,因为 Cortex-A7 省电。Cortex-A7 本身性能也不弱,不要看它叫做 Cortex-A7 但是它可是比 Cortex-A8 性能要强大,而且更省电。ARM 官网对于Cortex-A7 的说明如下:

“在 28nm 工艺下,Cortex-A7 可以运行在 1.2~1.6GHz,并且单核面积不大于 0.45mm2(含有浮点单元、NEON 和 32KB 的 L1 缓存),在典型场景下功耗小于 100mW, 这使得它非常适合对功耗要求严格的移动设备,这意味着 Cortex-A7 在获得与 Cortex-A9 相似性能的情况下,其功耗更低”。

Cortex-A7 MPCore 支持在一个处理器上选配 1~4 个内核,Cortex-A7 MPCore 多核配置如图所示:

 

多核配置图

Cortex-A7 MPCore 的 L1 可选择 8KB、16KB、32KB、64KB,L2 Cache 可以不配,也可以选择 128KB、256KB、512KB、1024KB。I.MX6UL 配置了 32KB 的 L1 指令 Cache 和 32KB 的L1 数据 Cache,以及 128KB 的L2 Cache。Cortex-A7MPCore 使用 ARMv7-A 架构,主要特性如下:

①、SIMDv2 扩展整形和浮点向量操作。

②、提供了与 ARM VFPv4 体系结构兼容的高性能的单双精度浮点指令,支持全功能的IEEE754。

③、支持大物理扩展(LPAE),最高可以访问 40 位存储地址,也就是最高可以支持 1TB 的内存。

④、支持硬件虚拟化。

⑤、支持Generic Interrupt Controller(GIC)V2.0。

⑥、支持NEON,可以加速多媒体和信号处理算法。

以前的 ARM 处理器有 7 中运行模型:User、FIQ、IRQ、Supervisor(SVC)、Abort、Undef和 System,其中 User 是非特权模式,其余 6 中都是特权模式。但新的 Cortex-A 架构加入了TrustZone 安全扩展,所以就新加了一种运行模式:Monitor,新的处理器架构还支持虚拟化扩展,因此又加入了另一个运行模式:Hyp,所以 Cortex-A7 处理器有 9 中处理模式,如图所示:

 

九种运行模式

在上图中,除了User(USR)用户模式以外,其它 8 种运行模式都是特权模式,在特权模式下,程序可以访问所有的系统资源。这几个运行模式可以通过软件进行任意切换,也可以通过中断或者异常来进行切换。大多数的程序都运行在用户模式,用户模式下是不能访问系统所有资源的,有些资源是受限的,要想访问这些受限的资源就必须进行模式切换。但是用户模式是不能直接进行切换的,用户模式下需要借助异常来完成模式切换,当要切换模式的时候,应用程序可以产生异常,在异常的处理过程中完成处理器模式切换。当中断或者异常发生以后,处理器就会进入到相应的异常模式种,每一种模式都有一组寄存器供异常处理程序使用,这样的目的是为了保证在进入异常模式以后,用户模式下的寄存器不会被破坏。

 

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如果学过 STM32 和UCOS、FreeRTOS 就会知道,STM32 只有两种运行模式,特权模式和非特权模式,但是Cortex-A 就有 9 种运行模式。