1.3.6 Cortex系列

ARM于2004年推出了全新Cortex架构系列，为嵌入式市场提供了一个三管齐下的解决方案。首先，Cortex-A系列提供高性能应用处理器；其次，Cortex-R系列专门针对实时、深度嵌入式解决方案；再次，Cortex-M系列专注于低成本嵌入式微控制器。目前有Cortex-M0、Cortex-M1、Cortex-M3、Cortex-A8、Cortex-A9、Cortex-R4和Cortex-R4F等多种类型。

1.Cortex-M

Cortex-M系列产品规划如图1.3所示，Cortex-M0针对FPGA应用，Cortex-M1用于替代低成本MCU，而Cortex-M3则主要为了占领高性能MCU市场。

图1.3 Cortex-M系列产品规划

Cortex-M0处理器是目前市场上尺寸最小、功耗最低的32位ARM处理器。这款处理器功耗极低、门数少、代码资源占用少，是超低功耗MCU和混合信号应用的理想之选，它可以16位的资源占用来提供32位的性能和效率。开发该处理器是为了解决对性能效率的需求，在超低成本MCU及模拟混合信号和SoC应用中使性能达到0.9DMIPS/MHz，同时与功能丰富的Cortex-M3 处理器保持工具和二进制兼容。在180 超低漏电（ULL）工艺上使用ARM物理IP来实现时，Cortex-M0处理器在不到12K门数的区域中仅有85µW/MHz的功耗，这得益于ARM作为低功耗技术领袖和超低功耗设备制作的关键支持者所拥有的无与伦比的专业技术。32位性能和效率由于对更低成本、更高连接性（如USB、GPS、蓝牙、ZigBee和新接口，包括加速度计和触摸屏）的便携式产品的需求，导致需要将模拟设备与对数据进行预处理和通信的数字功能更为紧密地集成到一起。32位Cortex-M0处理器的低成本和低功耗优势，加上用于最大化代码密度的ARM Thumb®技术，使其成为这些任务的完美解决方案。

Cortex-M3已经集成到多家芯片供应商的MCU系列中，还有数家芯片供应商准备采用这款产品，该产品时常被当做颇受欢迎的ARM7TDMI-S的继承者来宣传；尽管二者的架构有很大差别，从一般性比较，Cortex-M3的性能更为优越。它的速度比ARM7快1/3，功耗低3/4，并且能实现更小的芯片面积，利于将更多功能整合在更小的芯片尺寸中。Cortex-M3是一个32 位的核，在传统的单片机领域中，有一些不同于通用32 位CPU应用的要求。Cortex-M3完全基于硬件进行中断处理，最多可减少12个时钟周期数，在实际应用中可减少70%中断。针对单片机调试工具非常便宜的特点，Cortex-M3 采用了新型的单线调试技术，专门拿出一个引脚来做调试，从而节约了大笔的调试工具费用。同时，Cortex-M3中还集成了大部分存储器控制器，这样工程师可以直接在MCU外连接Flash，降低了设计难度和应用障碍。ARM Cortex-M3处理器结合了多种突破性技术，令芯片供应商提供超低费用的芯片，仅33000门的内核性能即可达1.2DMIPS/MHz。该处理器还集成了许多紧耦合系统外设，令系统能满足下一代产品的控制需求。总体而言，它所整合的增强功能有助于其在需要确定性系统行为的成本敏感应用程序中为自己建立面向嵌入式系统的适用性。Cortex-M3微处理器适用于高性能、极低成本需求的嵌入式应用中，如微控制器、汽车系统、大型家用电器、网络装置等。与原来的通用型ARM CPU不同，Cortex-M3主要针对单片机领域。

2.Cortex-A

ARM Cortex-A8微处理器是ARM Cortex新系列中第一款采用ARMv7架构中所有新技术的ARM处理器。Cortex-A8处理器是ARM公司目前为止开发的速度最快、最节能的微处理器。Cortex-A8处理器是灵活的低功耗、高性能处理领域的巨大跃迁。Cortex-A8处理器最高能达到2000MIPS，使它成为运行多通道视频、音频和游戏应用的、要求越来越高的消费产品的最佳选择。由于能在350MHz下解码VGA H.264视频，因此可提供下一代无线和消费产品所需的媒体处理功能。在65nm技术条件下功耗小于300mW，第一次为低费用、高容量的产品带来了台式机级别的性能。其全新的NEON技术为面向媒体处理的灵活软件解决方案提供了一个平台。Thumb-2指令提供代码密度并保持标准ARM代码的性能；JazelleRCT技术也使运行时编译器从中受益。TrustZone技术为敏感数据和DRM提供了安全性。许多重要的微架构新功能在Cortex-A8处理器中首次亮相，它们包括双发射、顺序超标量流水线、集成的L2缓存及深度远远超出以前ARM处理器的流水线。为了满足其出众的性能目标并保持ARM一贯的低功率预算，已开发新的流程用于实现定制技术的效率，同时保持自动化流程的灵活性。该处理器具有出色的性能和效率，适用于各种移动和消费类应用，其中包括移动电话、机顶盒、游戏控制台和汽车导航/娱乐系统。

Cortex-A9微架构提供两种选项：可扩展的Cortex-A9 MPCore多核处理器和较为传统的Cortex-A9单核处理器。可扩展的多核处理器和单核处理器（两款不同的独立产品）支持16、32或64KB四路组相联一级缓存的配置，具有无与伦比的灵活性，皆能达到特定应用和市场的要求。Cortex-A9和Cortex-A9 MPCore是ARM处理器家族中的两个新成员，旨在满足单核和多核处理器设计需求。两款产品采用了相同的微架构，整合了多种特色功能，使处理器核心和整个集成系统的架构功能、性能和功效得到了大幅提升。单核处理器比现有ARM11级设备提供了更好的性能和功效，不但增强了移动设计的功能，而且降低了功耗水平，延长了电池使用寿命。而在实现方面，这款处理器还具有出色的架构软件兼容性，能够在达到Cortex-A8级性能的前提下降低成本，从而扩大了相关软件投资的市场应用范围。而MPCore型处理器则拥有先进的电源管理功能，能够进一步降低功耗，达到并超过了日益增多的市场和应用对功耗的要求。除此之外，Cortex-A9 MPCore还拥有卓绝的性能可扩展性，将ARM处理器设计中浑然天成的功效特性奉献给了更多的市场领域。全部配套技术专门针对两款Cortex-A9处理器而设计，能够很好地满足特定应用和市场所要求的性能，尤其是无线、娱乐、成像及其他高端多媒体应用。

3.Cortex-R

Cortex-R4处理器可通过MPU（Memory Protection Unit，内存保护单元）、高速缓存及TCM（Tightly Coupled Memory，紧密耦合内存）让处理器针对各种不同的嵌入式应用进行最佳化调整，且不会影响基本的ARM指令集兼容性，协助应用软件开发者与OEM厂商重复运用现有的软件投资。Cortex-R4处理器可支持新一代手机、硬盘、打印机及汽车电子设计，能协助新一代嵌入式产品快速执行各种复杂的控制算法与实时工作的运算。针对车用产品，Cortex-R4处理器也在各种安全应用上加入容错功能，以及内存保护机制，支持最新版OSEK实时操作系统。对于针对引擎管理系统开发的系统单芯片组件而言，这是相当重要的特色，因为这种管理系统必须在许多外围组件中实时运作。

Cortex-R4F处理器专门针对汽车市场的高级功能，包括对纠错码（ECC）存储器的支持、错误侦测向相互连接的扩展和一个任意合成的浮点单元（FPU）。Cortex-R4F处理器建立在Cortex-R4处理器的先进功能基础上。这些功能包括在合成过程中的可配置性，以通过高解析度的存储器保护单元、高速缓存存储器、高度搭配的存储器、DMA和调试设备使不同应用的处理器最优化。