智能手机性能与ARM架构.docx

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智能手机性能与ARM架构

智能手机性能与ARM架构

智能手机的性能，取决于硬件和软件两个方面，软件方面主要是操作系统优化，而硬件方面CPU，GPU,RAM,ROM则起到了最重要的作用，其中又以处理器（CPU）最为最为重要，而架构做为处理器的基础，对于处理器的整体性能起到了决定性的作用，不同架构的处理器同主频下，性能差距可以达到2-5倍。

可见架构的重要性。

目前市面上主流的手机cpu架构%90以上都采用的是ARM架构。

下面就介绍一下ARM架构的发展历程。

ARM（AdvancedRISCMachine的缩写）架构，被称作进阶精简指令集机器，是一个32位精简指令集（RISC）处理器架构，其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。

由于低成本、高效能、低耗电的特性，ARM处理器非常适用于移动通讯领域。

采用相同架构的处理器，性能基本上已经锁定在一定的范围之内，不会有本质的区别。

所以，看处理器的性能要先看架构。

ARM的设计是Acorn电脑公司（AcornComputersLtd）于1983年开始的开发计划。

1985年时开发出首款内核ARM1，经过三十年的发展，如今已经发展到运行速度可达2.5GHz的Crotex-A15核心。

在ARM9之前的ARM核心基本上都是应用在音乐播放器、游戏机、相机以及计算器等电子产品中，在智能手机中广泛应用的是ARM9及之后的ARM架构。

ARM9架构简介

ARM9系列于1997年问世，ARM9处理器系列包括ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM968E-S处理器。

ARM926EJ-S™处理器具有一个采用Jazelle®技术的增强型32位RISCCPU、灵活的大小指令和数据高速缓存、紧密耦合内存（TCM）接口和内存管理单元（MMU）。

它还提供单独指令和数据AMBA®AHB™接口，适合基于多层AHB的系统。

ARM926EJ-S处理器可执行ARMv5TEJ指令集，其中包括功能得到增强的16x32位乘法器，可进行单周期MAC运算，以及16位定点DSP指令，可增强多个信号处理应用程序的性能并支持Thumb®技术。

ARM926EJ-S处理器为入门级处理器，可支持完全版操作系统，其中包括Linux、WindowsCE和Symbian。

因此，此处理器是众多需要完整图形用户界面的应用的理想之选。

Xscale架构简介

ARM11架构简介

ARM11处理器系列所提供的引擎可用于当前生产领域中的很多智能手机；该系列还广泛用于消费类、家庭和嵌入式应用领域。

该处理器的功耗非常低，提供的性能范围为小面积设计中的350MHz到速度优化设计中的1GHz（45纳米和65纳米）。

ARM11处理器软件可以与以前所有ARM处理器兼容，并引入了用于媒体处理的32位SIMD、用于提高操作系统上下文切换性能的物理标记高速缓存、强制实施硬件安全性的TrustZone以及针对实时应用的紧密耦合内存。

ARM1136J－S发布于2003年，是针对高性能和高能效的应用而设计的。

ARM1136J－S是第一个执行ARMv6架构指令的处理器，它集成了一条具有独立的load-store和算术流水线的8级流水线。

ARMv6指令包含了针对媒体处理的单指令多数据流（SIMD）扩展，采用特殊的设计以改善视频处理性能。

ARM1136JF－S就是为了进行快速浮点运算，而在ARM1136J－S增加了向量浮点单元。

ARMCortex-A5架构简介

ARM公司在经典处理器ARM11以后的产品改用Cortex命名，并分成A、R和M三类，旨在为各种不同的市场提供服务。

Cortex系列属于ARMv7架构，这是ARM公司最新的指令集架构。

ARMv7架构定义了三大分工明确的系列：

“A”系列面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用；“R”系列针对实时系统；“M”系列对微控制器。

由于应用领域不同，基于v7架构的Cortex处理器系列所采用的技术也不相同，基于v7A的称为Cortex-A系列，基于v7R的称为Cortex-R系列，基于v7M的称为Cortex-M系列。

Cortex-A5是Cortex-A家族中最低端的，其特点是功耗较低，单位功耗的效能很高，性能优于ARM9和ARM11，适合应用在千元级的低端产品市场。

Cortex-A5内部核心数目1-4核可选，同时与Cortex-A8一样内部使用了TrustZone安全技术以及NEON多媒体处理引擎，并与Cortex-A8/A9处理器实现完全的应用兼容.采用四核配置时，SOC芯片内部还可搭配MailGPU或由用户按需求配用PowerVRMBX/SGXGPU。

Cortex-A5处理器和Cortex-A8与Cortex-A9一样基于ARMV7架构，采用40nm低功耗制程技术制作，默认工作电压1.1V,单核核心频率480MHz，四核核心频率可达1GHz，含缓存的核心面积最小仅1平方毫米，一级缓存容量最大64KB,功耗/频率比参数为0.12mW/MHz。

相比之下Cortex-A8处理器则采用65nm制程工艺制作，核心频率650MHz（65nmLP工艺）/1.1GHz（65nmGP工艺），内建二级缓存，二级缓存最大容量为1MB，一级缓存同为最大64KB.功耗/频率比参数为0.59/0.45mW/MHz。

ARMCortex-A8架构简介

ARMCortex-A8处理器是第一款基于ARMv7架构的应用处理器，Cortex-A8处理器的速率可以在600MHz到超过1GHz的范围内调节，能够满足那些需要工作在300mW以下的功耗优化的移动设备的要求；以及满足那些需要2000DhrystoneMIPS的性能优化的消费类应用的要求。

Cortex-A8处理器是ARM的第一款超标量处理器，具有提高代码密度和性能的技术，用于多媒体和信号处理的NEON™技术，以及用于高效地支持预编译和即时编译Java及其他字节码语言的Jazelle®运行时间编译目标（RCT）技术。

ARMCortex-A8还拥有一些其它公司设计的衍生品：

1，高通Scorpion架构

Scorpion（天蝎座）是高通自家设计的基于Cortex-A8架构的处理器架构，并使用ARMv7的指令集，具备了13阶load/store管线，还有两个整数处理管线，目标时脉是设定在1GHz。

至于Scorpion中的SIMD资料路径，不用时可关掉一半，效能会好一些。

目前已有HTCDesire、HTCHD2、SonyEricssonX10、AcerLiquid加入Snapdragon阵营。

Dell的平板电脑Stream采用第一代Snapdragon。

第二代Snapdragon芯片制程从65纳米进入45纳米，时脉也从1GHz提升至1.3GHz。

2三星Hummingbird架构

三星蜂鸟hummingbird架构同样是在cortex-A8基础上，进行修改增强的一款核心，采用这款核心的代表产品便是三星S5PC110/S5PV210苹果A4核心。

而hummingbird核心也正是三星和苹果合作研发而来。

在实测性能上，较其它普通A8核心的CPU相比，拥有了成倍的增长。

三星蜂鸟hummingbird处理器S5PC110/S5PV210可以说是世界上最强的cortex-A8架构方案芯片，它在原cortex-A8的基础上，进行了大幅度的优化，在性能上也获得了大幅度的增长，基本上，能够达到同等架构的CPU效能的1倍以上。

3，苹果A4处理器

苹果iPhone4和苹果iPad以及iTouch4都采用了这个和三星S5PC110处理器相近的A4处理器，不过苹果作了更多的优化，尤其是苹果A4将负责视频硬解的VXD370改成了VXD375，GPU和内存的直连也令PowerVR535的实际表现要超越三星S5PC110的PowerVR540处理器。

但归根结底，苹果A4处理器还是一个基于ARMCortex-A8核心的高性能处理器。

ARMCortex-A9架构简介

Cortex-A9是性能很高的ARM处理器，可实现受到广泛支持的ARMv7体系结构的丰富功能。

款芯片除了将手机CPU运行速度提升至2.5GHz以外，还可以支持超过4GB的内存，能力相当的惊人，不过可能离我们还有一段距离，毕竟如此强劲的芯片的只有在更加强悍的硬件、软件的支持下，才能够正常的发挥作用。

ARMCortex™-A15

ARMCortex™-A15MPCore™处理器提供前所未有的处理功能，与低功耗特性相结合，在ARM的各种新市场和现有市场上成就了卓越的产品，这些市场包括移动计算、高端数字家电、服务器和无线基础结构。

Cortex-A15MPCore处理器是Cortex-A系列处理器的最新成员，确保在应用方面与所有其他获得高度赞誉的Cortex-A处理器完全兼容。

这样，就可以立即访问已得到认可的开发平台和软件体系，包括Android™、Adobe®Flash®Player、JavaPlatformStandardEdition（JavaSE）、JavaFX、Linux、MicrosoftWindowsEmbedded、Symbian和Ubuntu以及700多个ARMConnectedCommunity™成员，这些成员提供应用软件、硬件和软件开发工具、中间件以及SoC设计服务。

Cortex-A15MPCore处理器具有无序超标量管道，带有紧密耦合的低延迟2级高速缓存，该高速缓存的大小最高可达4MB。

浮点和NEON™媒体性能方面的其他改进使设备能够为消费者提供下一代用户体验，并为Web基础结构应用提供高性能计算。

预计Cortex-A15MPCore处理器的移动配置所能提供的性能是当前的高级智能手机性能的五倍还多。

在高级基础结构应用中，Cortex-A15的运行速度最高可达2.5GHz，这将支持在不断降低功耗、散热和成本预算方面实现高度可伸缩的解决方案。

随着智能手机的普及，ARM架构也发展的越来越快。

再过不久，采用Cortex-A15的四核处理器就要和大家见面了。

到底Cortex-A15能够发挥出多大的能量呢？

让我们拭目以待吧。