Cortex-M内核M0,M0+,M3,M4,M7之间的区别


图片来自于www.stmcu.com.cn
high-performance 高性能
Mainstream 主流
Ultra-low-power 低功耗

知识补贴:
之所以ARM公司会把Cortex-M分为这么多系列,主要是针对不同的应用领域;下面详细介绍:

Cortex-M分为:M0,M0+,M3,M4,M7

M0,M0+:基础版本,从图中可以看出来,有过于基础,所以生产不出来高性能的STM32的单片机;
M3:目前最主流的设计内核选型,应用范围广;

M4:比较着M3的内核来说,M4处理器添加了DSP的数据(这里可以认为是浮点数)处理的指令;重点解释一下:对于CPU(不是SOC)来说,运算浮点类型的数据是很麻烦的一件事,在选型的时候,如若用应用的领域需要大量浮点数据的运算的时候,那么就要选择M4的内核,M4会大大提高处理器性能和运算速度,而如果要要处理的浮点数据不多,则可以直接选择M3内核处理器;比如项目是平衡车或者平衡器的时候选择M4比较好;

M7:性能好和功耗高兼具,适合追求极致性能项目;

可以认为:数字越大,性能越高;

原文链接:Cortex-M的M0,M+,M3,M4,M7几种内核的简单区别_wuyuzun的博客-CSDN博客_cortex m0

ARM7,ARM9,Cortex-M3,Cortex-M4,Cortex-A8的区别?

ARM系列从ARM11开始,以后的就命名为Cortex,并且性能上大幅度提升。

从cortex开始,分为三个系列,A系列,R系列,M系列。


M系列与arm7相似,不能跑操作系统(只能跑ucos2),偏向于控制方面,说白了就是一个高级的单片机。
A系列类似于cpu,与arm9和arm11相对应,都是可以跑操作系统的。linux等。A系列主要应用在人机互动要求较高的场合,比如PAD,手机,平板电脑等。
R系列,是实时控制。主要应用在对实时性要求高的场合。

ARM 公司是业界领先的微处理器技术提供商,其提供最广泛的微处理器内核,可满足几乎所有应用市场对性能、功耗及成本的要求。与其它半导体公司不同,ARM不直接生产和销售处理器,而是将处理器的设计授权给芯片设计合作伙伴。一般将这些设计称为 “知识产权”(IP),这种商业模式被称为IP授权
ARM IP授权芯片的结构框图如下:

ARM 公司将处理器的设计授权给芯片制造商,这些芯片制造商基于ARM架构,设计了他们自己的处理器及片上系统方案。除了处理器内核之外,ARM 公司还提供了一系列用于优化片上系统设计的工具、物理和系统 IP授权。
Apple公司的A5芯片内部的集成电路图如下:

1990年,Acorn公司为与Apple公司合作,成立了名为ARM(Advanced RISC Machines)的公司。1991年ARM公司发布了ARM6处理器,随后发布了ARM7、ARM9、ARM10、ARM11系列处理器。

在ARM公司发布ARM11处理器之后,ARM公司发布了Cortex系列处理器。越后发布的处理器内核,工作频率越高、架构越先进,功能也越强。ARM处理器发展如下图:

arm7和M3,M4是同一类型。这三个里面,arm7是最早的arm产品。M3是Cortex M系列的过渡品,其低端市场被Cortex M0的高端替代, 其高端市场又被Cortex M4的低端取代。现在M系列,是M4内核的。典型的芯片是st公司和飞思卡尔公司的。

arm9 和Cortex A8 是一个类型的,都是跑操作系统的,现在的高端手机,三星,htc等智能手机,就是用的cortex a8,cortex a9 内核的芯片作为cpu。

(1)ARM7,ARM9属于v4T或v5E架构
(2)ARM11属于v6架构
(3)Contex属于v7架构
ARM7,ARM9的区别在于是否有MMU(存储器管理单元)或MPU(存储器保护单元)
架构上v5E相比v4T则是在于v5E新加入的增强型DSP(数字信号处理)指令,v4T则是Thumb指令集的加入,v6架构则是开始支持SIMD以及Thumb2的问世.

  1.ARM7处理器

ARM7处理器采用了ARMV4T(冯·诺依曼)体系结构,这种体系结构将程序指令存储器和数据存储器合并在一起。主要特点就是程序和数据共用一个存储空间,程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置,采用单一的地址及数据总线,程序指令和数据的宽度相同。这样,处理器在执行指令时,必须先从存储器中取出指令进行译码,再取操作数执行运算。总体来说ARM7体系结构具有三级流水、空间统一的指令与数据Cache、平均功耗为0.6mW/MHz、时钟速度为66MHz、每条指令平均执行1.9个时钟周期等特性。其中的ARM710、ARM720和ARM740为内带Cache的ARM核。ARM7指令集同Thumb指令集扩展组合在一起,可以减少内存容量和系统成本。同时,它还利用嵌入式ICE调试技术来简化系统设计,并用一个DSP增强扩展来改进性能。ARM7体系结构是小型、快速、低能耗、集成式的RISC内核结构。该产品的典型用途是数字蜂窝电话和硬盘驱动器等,目前主流的ARM7内核是ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM7EJ-S、ARM720T。现在市场上用得最多的ARM7处理器有Samsung公司的S3C44BOX与S3C4510处理器、Atmel公司的AT91FR40162系列处理器、Cirrus公司的EP73xx系列等。通常来说前两三年大部分手机基带部分的应用处理器基本上都以ARM7为主。还有很多的通信模块,如CDMA模块、GPRS模块和GPS模块中都含有ARM7处理器。

  2.ARM9、ARM9E处理器
  ARM9处理器采用ARMV4T(哈佛)体系结构。这种体系结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构,是一种并行体系结构。其主要特点是程序和数据存储在不同的存储空间中,即程序存储器和数据存储器。它们是两个相互独立的存储器,每个存储器独立编址、独立访问。与两个存储器相对应的是系统中的4套总线,程序的数据总线和地址总线,数据的数据总线和地址总线。这种分离的程序总线和数据总线可允许在一个机器周期内同时获取指令字和操作数,从而提高了执行速度,使数据的吞吐量提高了一倍。又由于程序和数据存储器在两个分开的物理空间中,因而取指和执行能完全重叠。ARM9采用五级流水处理及分离的Cache结构,平均功耗为0.7mW/MHz。时钟速度为120MHz~200MHz,每条指令平均执行1.5个时钟周期。与ARM7处理器系列相似,其中的ARM920、ARM940和ARM9E处理器均为含有Cache的CPU核,性能为132MIPS(120MHz时钟,3.3V供电)或220MIPS(200MHz时钟)。ARM9处理器同时也配备Thumb指令扩展、调试和Harvard总线。在生产工艺相同的情况下,性能是ARM7TDMI处理器的两倍之多。常用于无线设备、仪器仪表、联网设备、机顶盒设备、高端打印机及数码相机应用中。ARM9E内核是在ARM9内核的基础上增加了紧密耦合存储器TCM及DSP部分。目前主流的ARM9内核是ARM920T、ARM922T、ARM940。相关的处理器芯片有Samsung公司的S3C2510、Cirrus公司的EP93xx系列等。主流的ARM9E内核是ARM926EJ-S、ARM946E-S、ARM966E-S等。目前市场上常见的PDA,比如说PocketPC中一般都是用ARM9处理器,其中以Samsung公司的S3C2410处理器居多。

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世界主流的处理器分为4大类:Interl公司和AMD公司的的X86架构处理器,ARM公司的ARM架构处理器,IBM公司的PowerPC架构处理器,处理器。X86构架处理器使用复杂指令集(CSIC), PowerPC、ARM、MIPS处理器都是精简指令集(RSIC)。其中ARM公司发展最快,全世界超过95%的智能手机和平板电脑都采用ARM架构。

先简单认识一下处理器的架构。所谓处理器架构是CPU厂商给属于同一系列的CPU产品定的一个规范,主要目的是为了区分不同类型CPU的重要标示。

目前市面上的CPU指令集分类主要分有两大阵营,

一个是intel、AMD为首的复杂指令集CPU。复杂指令集(CSIC

一个是以IBM、ARM,MIPS为首的精简指令集CPU。精简指令集(RSIC

主流CPU分为四类架构:

Intel、AMD的CPU是X86架构的,

IBM公司的CPU是PowerPC架构

ARM公司是ARM架构,

MIPS公司是MIPS架构

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如图所示,绿色的部分都是v7-A的架构,蓝色的是v8-A架构,基本上绿色都是可以支持到32和64位的,除了A32,只支持到32位。在右边的每个部分,比如说需要高效能的最上面的A15-A73这个部分是最高效的,接下来就是比较注重整个效率的部分了,中间那个部分是比较高效率的,最下面那栏的是效率最好的,在电池的效能方面达到了最好的标准。

以由高到低的方式来看,ARM处理器大体上可以排序为:

Cortex-A73处理器、Cortex-A72处理器、Cortex-A57处理器、Cortex-A53处理器、Cortex-A35处理器、Cortex-A32处理器、Cortex-A17处理器、Cortex-A15处理器、Cortex-A7处理器、Cortex-A9处理器、Cortex-A8处理器、Cortex-A5处理器。

在智能手机、平板电脑、甚至是大尺寸的移动设备,Cortex-A72能通过出色的能效与内存系统,提功绝佳的用户体验。将Cortex-A72与Cortex-A53处理器以ARM big.LITTLE™(大小核)处理器进行配置,可以扩展整体的性能与效率表现。

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