1.11 处理器 SOC System on Chip

1.11 处理器 SOC System on Chip1 处理器是什么2 ARM的内核究竟有哪些3 有哪些分类?4 其他注意事项5 参考资料1 处理器是什么首先我们一般会关心它用了几个IP核(Intellectual Property core)知识产权核心用的是哪家的IP核。IP主要分为软IP、固IP和硬IP。软IP是用Verilog/VHDL等硬件描述语言描述的功能块但是并不涉及用什么具体电路元件实现这些功能。固IP是完成了综合的功能块。硬IP提供设计的最终阶段产品——掩膜。什么是IP核它对于芯片制造到底有多重要现在市场上的产品主要就两家Intel跟ARM。Intel所称霸的芯片领域是传统的PC及服务器市场而ARM则是移动终端芯片领域毫无疑问的巨头。ARM既可以认为是一个公司的名字也可以认为是对一类微处理器的通称还可以认为是一种技术的名字。(2016年7月18日消息日本软银以234亿英镑约合310亿美元的价格收购英国芯片设计公司ARM)他们的主要区别在于Intel, AMD 的 CPU大多为 CISC 结构的 CPU而ARM 的只有 RISC CPU。CISC 是复杂指令集CPU指令较长RISC 是精简指令集CPU指令较短。Intel是X86架构不授权所以市面上的PC机CPU基本上一家独大而ARM是ARM架构。ARM向来只设计低功耗处理器所以在移动终端领域的芯片竞争很占优势而Intel由于其超高的功耗显得有些力不从心。目前市场上主流的芯片架构有四种分别是X86、ARM、RiSC-V和MIPS其中X86和ARM主要运用在电脑和手机的芯片设计上。苹果的A14仿生芯片、华为的麒麟芯片、高通的骁龙芯片和联发科的天玑芯片等就是基于ARM架构设计的移动端芯片这一类芯片非常注重功耗比。我们熟知的intel酷睿和AMD锐龙系列处理器就是基于X86框架设计的主流电脑处理器也可以说是目前世界上性能最好的处理器。苹果、华为和联发科发布ARM电脑芯片Intel的牙膏要挤一挤了浅谈X86与ARM架构3分钟搞懂现在车载处理器也基本都是ARM内核如下这个是TI的处理器。用了Arm Cortex-A72Arm Cortex-R5F。这个是地平线的J5处理器用了ARM Cortex-A55。这个是高通的处理器高通基于ARM的Cortex 核开发出了自己的微架构Kryo内核。这个是NXP的处理器用了16个Arm Cortex®-A72 cores。2 ARM的内核究竟有哪些ARM公司全称Advanced RISC MachinesARM的第一颗芯片全称Acorn RISC MachineARM11芯片之前每一个芯片对应的架构关系如下ARM11芯片之后也就是从ARMv7架构开始ARM的命名方式有所改变。新的处理器家族改以Cortex命名并分为三个系列旨在为各种不同的市场提供服务分别是Cortex-ACortex-RCortex-M。很巧合又是这三个字母A、R、M。简单来说Cortex就是ARM公司一个系列处理器的名称。比如英特尔旗下处理器有酷睿奔腾赛扬。ARM在最初的处理器型号都用数字命名最后一个是ARM11系列(采用v6架构)在应用ARMv7架构后推出了Cortex这一系列老式的则命名为Classic系列。Cortex-A系列AApplication针对日益增长的消费娱乐和无线产品设计用于具有高计算要求、运行丰富操作系统及提供交互媒体和图形体验的应用领域如智能手机、平板电脑、汽车娱乐系统、数字电视智能本、电子阅读器、家用网络、家用网关和其他各种产品。Cortex-R系列 RReal-time针对需要运行实时操作的系统应用面向如汽车制动系统、动力传动解决方案、大容量存储控制器等深层嵌入式实时应用。Cortex-M系列MMicrocontroller该系列面向微控制器领域主要针对成本和功耗敏感的应用如智能测量、人机接口设备、汽车和工业控制系统、家用电器、消费性产品和医疗器械等。Cortex-SC系列SCSecurCore其实除了上述三大系列之外还有一个主打安全的Cortex-SC系列SCSecurCore主要用于政府安全芯片。任何一款ARM芯片都由两大部分组成ARM内核外设。ARM内核 包括了寄存器组、指令集、总线、存储器映射规则、中断逻辑和调试组件等。 内核是由ARM公司设计并以销售方式授权给个芯片厂商使用的ARM公司本身不做芯片。 比如为高速度设计的Cortex A8、A9都是ARMv7a 架构;Cortex M3、M4是ARMv7m架构;前者是处理器就是内核后者是指令集的架构也简称架构。ARM外设包括计时器、A/D转换器、存储器、i2c、UART、SPI、ROM…等等则完全由各芯片厂商自己设计并与ARM内核衔接配套。不同的芯片厂商就有不同的外设因此构成了数量和规格庞大的ARM芯片产业。ARM指令集架构指令集的设计是处理器结构中最重要的一个部分用ARM的术语称之为ISAInstruction Set Architecture。指令集可以说是cpu设计的灵魂是打开CPU这个潘多拉魔盒的咒语要想使用cpu我们只能通过这些指令来操作cpu。对于32位的cpu这些指令就是一个个32位的01的序列不同的值就代表了不同的机器指令cpu的硬件能完美的解析并执行这些指令比如寻址、运算、异常处理等等。当我们用手机玩着王者荣耀的时候要知道我们的每发的一招其实最终都是被翻译成了一系列机器指令。从1985年ARMv1架构诞生起到2011年ARM架构已经发展到了第八代ARMv8。Cortex-A32/35/53/57/72/73/77/78采用的都是ARMv8架构这是ARM公司的首款支持64位指令集的处理器架构。ARM ARM处理器–百科cortex ARM处理器产品线-百科到底什么是Cortex、ARMv8、arm架构、ARM指令集、soc一文帮你梳理基础概念【科普】ARM Cortex 详解3 有哪些分类?1、CPUCentral Processing Unit是一台计算机的运算核心和控制核心。CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。差不多所有的CPU的运作原理可分为四个阶段提取Fetch、解码Decode、执行Execute和写回Writeback。 CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令放入指令寄存器并对指令译码并执行指令。所谓的计算机的可编程性主要是指对CPU的编程。CPUCentral Processing Unit中央处理器发展出来三个分枝一个是DSPDigital Signal Processing/Processor数字信号处理另外两个是MCUMicro Control Unit微控制器单元和MPUMicro Processor Unit微处理器单元。2、MPU Micro Processor Unit叫微处理器不是微控制器通常代表一个功能强大的CPU暂且理解为增强版的CPU吧,但不是为任何已有的特定计算目的而设计的芯片。这种芯片往往是个人计算机和高端工作站的核心CPU。Intel X86ARM的一些Cortex-A芯片如飞思卡尔i.MX6、全志A20、TI AM335X等都属于MPU。(MPUCPU运算器控制器寄存器……)3、MCUMicro Control Unit叫微控制器单片机是指随着大规模集成电路的出现及其发展将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上形成芯片级的芯片比如51AVR、Cortex-M这些芯片内部除了CPU外还有RAM、ROM可以直接加简单的外围器件电阻电容就可以运行代码了。而如x86、ARM这些MPU就不能直接放代码了它只不过是增强版的CPU所以得添加RAMROM。(MCUCPU运算器控制器寄存器RAMROM……)4、DSPDigital Signal ProcessDSP芯片即指能够实现数字信号处理技术的芯片。近年来数字信号处理器(DSP)芯片已经广泛用于自动控制、图像处理、通信技术、网络设备、仪器仪表和家电等领域;DSP为数字信号处理提供了高效而可靠的硬件基础。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构具有专门的硬件乘法器广泛采用流水线操作提供特殊的DSP指令。如TMS320x24x系列数字信号处理器是TI公司推出地一种面向数字马达控制、嵌入式控制系统和数字控制系统开发的新型可编程DSP芯片。可以把DSP看成是针对特殊领域进行优化和加强了的单片机就好比带有3D加速的iPhone 4 A4处理器在玩3d游戏时秒杀MTK平台的国产手机一样但是两者在处理短信的收发上区别就不明显了再或者说带独显的电脑和集显的电脑在打开word文档的速度上是差别不大的但是在玩游戏的时候独显能跑的很流畅集显的很可能就在放幻灯片—卡了。5、SOCSystem on Chip指的是片上系统MCU只是芯片级的芯片而SOC是系统级的芯片它既MCU51avr那样有内置RAM、ROM同时又像MPU那样强大不单单是放简单的代码可以放系统级的代码也就是说可以运行操作系统将就认为是MCU集成化与MPU强处理力各优点二合一。SOCCPU运算模块控制模块寄存模块前端模拟A/D模块射频模块…6、SOPCSystem On a Programmable Chip可编程片上系统上面4点的硬件配置是固化的就是说51单片机就是51单片机不能变为avr而avr就是avr不是51单片机他们的硬件是一次性掩膜成型的能改的就是软件配置说白点就是改代码本来是跑流水灯的改下代码变成数码管。而SOPC则是硬件配置软件配置都可以修改软件配置跟上面一样没什么好说的。至于硬件是可以自己构建的也就是说这个芯片是自己构造出来的这颗芯片我们叫“白片”什么芯片都不是把硬件配置信息下载进去了他就是相应的芯片了可以让他变成51也可以是avr甚至arm同时SOPC是在SOC基础上来的所以他也是系统级的芯片所以记得当把他变成arm时还得加外围ROMRAM之类的不然就是MPU了。7、FPGAField Programmable Gate Array是在PAL 可编程阵列逻辑、GAL通用阵列逻辑等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路ASIC领域中的一种半定制电路而出现的既解决了定制电路的不足又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。由SoC到SOPC、SoC FPGA 异同优缺点的介绍及常见应用场景4 其他注意事项1.手机内核虽然都使用ARM架构各家厂商的做法甚至说使用的层次又是不一样的其中苹果、高通(小米)、华为正好最具代表性代表着三个层次。第一个层次使用ARM的指令集IP核也就是所谓的公版——华为第二个层次使用ARM指令集会基于IP核(CPU、GPU)二次研发——高通第三个层次只使用ARM指令集CPU、GPU等全自研——苹果都是使用ARM架构但华为、高通、苹果的芯片水平是不同的ARM授权如何来理解ARM授权呢就比如我们制造汽车ARM公司相当于拥有最先进的的’发动机’设计方案但是他不’生产发动机’而是把设计方案授权给各大’汽车厂商’生产赚来的钱继续研发更先进的‘发动机’。ARM授权分为ARM架构授权、IP核授权、使用层级授权一个公司若想使用ARM的内核来做自己的处理器比如ST、苹果、三星、TI、高通、华为等等必须向ARM公司购买其架构下的不同层级授权根据使用需要购买相应的层级授权。架构的授权方式有三种架构层级授权、内核层级授权(ip核授权)、使用层级授权。1.架构层级授权是指可以对ARM架构进行大幅度改造甚至可以对ARM指令集进行扩展或缩减苹果就是一个很好的例子在使用ARMv7-A架构基础上扩展出了自己的苹果swift架构2.内核层级授权是指可以以一个内核为基础然后在加上自己的外设比如USART、GPIO、SPI、ADC等等最后形成了自己的MCU这种公司很多比如三星、TI;3.使用层级授权要想使用一款处理器得到使用层级的授权是最基本的这就意味着你只能拿别人提供的定义好的ip来嵌入在你的设计中不能更改人家的ip也不能借助人家的ip创造自己的基于该ip的封装产品。因此如果华为分别拿到架构授权和ip核授权那么意味着它可以在ARM指令集基础上根据需要创建出自己的内核架构并可添加各种片内外设比如通信接口、显示器控制接口、GPIO等等从而生产出自己的“处理器芯片”。其实就像我写了一篇文章我告诉甲你可以拿去修改后使用便是架构层级授权我告诉乙你可以在你的文章中引用我的文章便是内核级授权我告诉丙你只能对我的文章进行转发不能更改不能添油加醋便是使用层级授权。2.SOC跟CPU系统级芯片SoC真的能取代传统CPU3.CPU跟GPUgpu是什么意思gpu和cpu的区别是什么5 参考资料ARM Cortex-A系列A53、A57、A73等处理器性能分类与对比如何解读CPU的各项参数它们都有什么用ARM与Intel的恩怨情仇中央处理器苹果过河拆桥竟发布ARM架构笔记本华为胜败在此一举一辆车到底需要多少芯片【科普】什么是AI芯片MCU最强科普总结收藏版【经验】MCU进入休眠模式后静态电流不满足低功耗指标的问题解析一文读懂汽车控制芯片(MCU全是干货单片机最小系统详解干货 | RK3588硬件全开源设计笔记1-芯片PCB叠层阻抗设计为什么搞机器人开发最近都青睐RK3588