普及ARM架构芯片的知识

关于ARM架构芯片的知识

        嵌入式设备的芯片常采用ARM的架构，它通常包括三个部分，即CPU+GPU+DSP。

                                                             EPISODE ONE

        CPU常用的架构有ARM9，ARM11，诺基亚的手机多采用的是ARM11架构的CPU。这两者采用的指令集为ARMv5。新一代的架构有Cortex A8 ，A9 ，A15 ，A5。它们采用的指令集为ARMv7。其中，A5是功耗较低的版本，它单位功耗的效能很高，用于代替代ARM9和ARM11占据低端市场。它支持多核。A8（不支持多核），A9，A15都是超标量结构，他们具有两条流水线，一个周期可以发射最多两条指令因此，同频效能比ARM9 ARM11等高得多。A9，A15可以乱序执行，A8不可以，经过高通修改后的Scorpion有部分乱序执行的能力，支持多核，可以说是准A9。
        关于CPU的性能参数，通常看它的主频，这里有另外一个参数，DMIPS：Million Instructions executed Per Second,每秒百万条指令,用来计算同一秒内系统的处理能力（整数计算能力），即每秒执行了多少百万条指令。D是Dhrystone的缩写，他表示了在Dhrystone这样一种测试方法下的MIPS，Dhrystone是一种整数运算测试程序。 关于A5，A8，A9，的DMIPS，大概数据为1.57 ,   2.0,   2.5,    A15的还不清楚。
        关于这几者的制程，A8是45nm至65nm，A9是40nm至45nm，A15则采用28nm至32nm。
        关于功耗，Cortex-A9 830Mhz单核下功耗0.4W，800Mhz下双核0.5W,双核2.0Ghz功耗1.9W（不包括GPU,视频加速器，图片加速器的功耗），A8在同频率下和它类似（猜测，找不到其参考值）。
        关于CPU还有一个重要的技术——NEON，简单来说，可以把它看成一个DSP，它可加速多媒体和信号处理算法（如视频编码/解码、2D/3D 图形、游戏、音频和语音处理、图像处理技术、电话和声音合成），其性能至少为 ARMv5 性能的 3 倍，为 ARMv6 SIMD 性能的 2 倍。
        关于CPU的制程工艺，可以分为LP和GP两种，LP是Low Power，使得芯片在闲置状态下的能耗最低，通常适用于需要长时间待机的设备，如手机。GP是General Purpose，可以在相同的能耗下，提供比LP工艺更高的频率，但是闲置状态下的功耗高，这种工艺适用于“及时行乐”的设备，如MP4，不用的时候，可以关掉，不要让它待机。前段时间看到网上有人说艾诺的一款MP4，叫V6000HDT可以看视频十多个小时，但是待机也只能十几个小时，也许就是采用GP 工艺吧。

        关于L2，A8的可以配置为从64k到2M。A9的最多支持到8M。A15不清楚。

                                                             EPISODE TWO
        GPU是图形处理核心，可以理解为台式机上用的独立显卡。关于其性能参数，我们目前关注得最多的是其多边形生成率和像素填充率。PC上用的独立显卡，就我所知的一般大多数采用的制程是40nm，频率是600MHZ到800MHZ。手机等移动设备上用的GPU频率通常都比较低，就我所知的目前还没有超过300MHZ的，网上说POWERVR SGX543 MP4的频率达到了400MHZ，PSP2把其降到了300MHZ，网上有人说它的图形处理能力达到了PS3的水平，不过这是没有上市的产品，有等验证。
        做手机GPU的几大厂家主要有：高通的ADRENO，英国IMAGENATION的POWERVR SGX，ARM自家的MALI。（NVIDIA TEGRA2用的显卡用的是自家的GEFORCE）。下面是一些关于这些显卡的数据（按多边形生成能力和像素填充率计算）：
        ADRENO 200 ：22M/S     133M/S 相关芯片组为MSM7227，QSD8250，应用实例：HTC G6，G7，G9；MOTO XT502；X8 X10i；LEPHONE。
        ADRENO 205 ：41M/S     245M/S 相关芯片组为了QSD8250A（1.3G)，MSM8X55(1G)，MSM7X30(800MHZ),应用实例：HTC HD。
        ADRENO 220 ： 88M/S    532M/S 相关芯片组为APQ8060（双核）、MSM8260和MSM8660（双核）、QSD8672（双核）。
        ADRENO 300 没有具体的参数，据称能提供与PS3相仿的处理能力。
        MALI 55 ：1M/S   100M/S，相关芯片组，RK2818，相应的产品，就是目前很多中国厂家推出的智能MP4，MID，如VX580R，N5 PRO，不过看这个参数，太低了。
        MALI 200 ： 16M/S    275M/S ，相关芯片组， TCC8902，相应的产品，也是很多国内厂家推出的智能MP4，MID。
        MALI 400 ： 30M/S    275M/S，相关芯片组，AMLOGIC 8726-M（单核A9架构，通常叫做晶晨，来自美国），相关的应用，已经出厂的蓝魔W10，即将出来的智器TEN。
        POWERVR SGX530 ： 14M/S    500M/S，相关产品，里程碑2。
        POWERVR SGX535： 24M/S    500M/S， 相关产品，IP4。
        POWERVR SGX540 ： 28M/S    500M/S，相关产品， 魅族M9。
        POWERVR SGX545 ：  40M/S    1G/S，相关产品，未上市。

        强调一下，以上所列举的GPU都是单核数据，SGX540，在S5PC110中，据说集成了两个核心，因此运算能力会更强。现在网上关于SGX540的下一代显示核心有两种说法，一种是543，一种545。但是查了一下，发现两者的参数差不多（是不是同一个东西？）就叫它54X吧。它的后面通常都带个MPX，X表示核心数。SGX 54X MP4在200M下多边形生成率为133M/S，像素填充率为4G/S，而MP8在400M下则为，532M/S，16G/S。并且，它首次对DirectX 10.1标准提供了支持。不过现在网上大多数说法都是手机的GPU性能过剩，因为内存的带宽限制了它，这个公式好像是：内存频率*(内存位数/8)*n=可提供的带宽。其中n为时钟脉冲上下沿传输系数。SDR SDRAM的n为1，DDR SDRAM及RDRAM（Rambus DRAM)的n为2。至于在一定频率下的多边形生成率所需要的带宽，怎么算不是很清楚，按目前来看，它大于现在的内存能提借助的带宽。

                                                                   EPISODE THREE

        DSP是Digital Signal Processing的缩写，是数字信号处理器，这个百度百科里面有详细的介绍。我们通常理解就是视频硬解模块，M9能处理1080P的视频，就要归攻于它，现在好NVIDIA TEGRA2也说有1080P硬解模块，不过它处理的格式绝对有限，而软解，就要耗更多的电，而且效果还不好。至于M9为什么可以播这么多的格式的1080P，不知道，魅族在订购这个CPU时，有没有一些自已的要求。现在好多低端的芯片，例如TCC，SC，华芯飞，工作频率就三四面兆，但是能播放1080P的差不多全格式的视频，就是DSP在起作用。个人认为这个播放能力绝对地有必要，我平常下的电影，一般都是480P的，偶尔会有几部576P或720P的电影，为了何证能播放且流畅，这个1080P是绝对需要的，没有谁想等一两个小时的时间去把一部电影的分辨率和码率调低一些吧。也许有人说看电影还是用大屏看比较爽，不过我追求的是可以随地地看视频。

                                                              EPISODE ROUR
        在CES 2011上，微软正式宣布，下一代Windows系统(Windows8)将支持来自Intel、AMD和ARM的芯片架构。也就是说，下一代Windows系统还将支持来自NVIDIA、高通和德州仪器等合作伙伴的ARM系统。微软表示，这一决策意味着Windows系统开始向更多平台迈进，包括平板机。
         而现在嵌入式设备的性能越来越高，目前的高通的双核A9已达到1.5GHZ的水平。而且新的一带GPU ADRENO 300系列正在设计之中，而采且A15架构的CPU可以达到2.0G至2.5G的水平，多核也不在话下。像现在的三星的下一款CPU猎户座，NVIDIA TEGRA3也在设计之中（该公司准备每年更换一代CPU）。ARM架构的CPU已经越来越接近几年前的PC配置。这是不是意味着，以后，我们可以用平板或叫MID可以安双系统，谷歌的ANDROID和WINDOWS8（ARM版），而且现在在电脑上玩的一些游戏，也可以移植到ARM平台上。而且我们可以除了用键盘和鼠标外，还可以直接用触屏。
        现在看来，最大的问题是支持ARM平如的WINDOWS8什么时候发布，按网络上的来看，微软计划于2012年发布，这只有到时候才知道。
        由于手机的屏幕和体积的限制，要想提供更好的互连网体验和更好的娱乐体验，更多的对外围设备的支持，手机是胜不了平板的（大屏MID），魅族开发一款平板还是有必要的。这个月注定不会平静，好多以前做MP4芯片的厂家都开发出了或即将开发出A8，A9架构的芯片。从配置和价格来看，还是比较给力的。但是价格战，必然会缺斤少两，特别是做工和屏幕及电池这些方面。最大的问题是系统的稳定性方面。
        现在电子产品市场变化真的很快，2008年，全格式480P的MP4，2009，全格式的720P的MP4，2010年的1080的MP4。到现在的智能化，向MID转化。好多厂家的ARM11的产品刚做好，A8，A9就来了，估计一些厂家的产品胎死腹中的有，有出生不了多久夭折的也有。接下来呢？只说两年，谁知道会发生什么变化，到那时，平板取代PC也不是不可能的事情。