ARM Cortex A8、A9以及高通Scorpion处理器详解

1.一些背景介绍1.1ARM核心ARM核心是主控SOC中的重要部分，系统的日常应用都由ARM核心来完成，因此ARM核心的效能很大程度上跟用户体验有关。ARM公司一般用DMIPS/MHz来标称ARM核心的性能。DMIPS是DhrystoneMillionInstructionsexecutedPerSecond的缩写，反映核心的整数计算能力。但Dhrystone算法代码本身比较叫，可以完全放到Cache中执行，因此反映的只是核心能力，并不能反映缓存、内存I/O性能。SoC定义为将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器(或片外存储控制接口)集成在单一芯片上。能支持智能系统的ARM核心有以下几类：ARM9：指令集ARMv5，5级流水线，1.1DMIPS/MHzARM10E：指令集ARMv5，intel获得授权后发展的，如PXA270，PXA210系列，6/7级流水线，1.35DMIPS/MHzARM11：指令集ARMv6，8级流水线，1.25DMIPS/MHzCortex-A8：指令集ARMv7-A，13级整数流水线，超标量双发射，2.0DMIPS/MHz，标配Neon，不支持多核Scorpion：指令集ARMv7-A，高通获得指令集授权后在A8的基础上设计的。13级整数流水线，超标量双发射，部分乱序执行，2.1DMIPS/MHz，标配Neon，支持多核Cortex-A9：指令集ARMv7-A，8级整数流水线，超标量双发射，乱序执行，2.5DMIPS/MHz，可选配Neon/VFPv3，支持多核Cortex-A5：指令集ARMv7-A，8级整数流水线，1.57DMIPS/MHz，可选配Neon/VFPv3，支持多核Cortex-A15：指令集ARMv7-A，超标量，乱序执行，可选配Neon/VFPv4，支持多核×目前只有指令集ARMv7-A的核心才能在Android2.2上支持AdobeFlash。×Neon是什么？Neon是ARM核心附带的浮点SIMD引擎，可以把它当一个DSP用，可以把它理解为桌面CPU上的SSE，SSE2。合理的利用可以增强处理器在游戏、多媒体中的表现，当然需要软件支持。标准的Neon宽度是64bit。A9的Neon相对A8略有升级。如果不使用Neon，就只能有CPU自带的VFP进行浮点运算。标准A8的VFP没有管线化，速度是比较低的。A9的VFP管线化后，效能有明显提升，但还是不如Neon。×超标量：A8A9A15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进行执行。因此同频效能比ARM9ARM11等高的多。×Cortex-A5是Cortex-A家族中的小弟，功耗较低，单位功耗的效能很高，用于代替ARM9和ARM11占据低端市场。Cortex-A15是最新发布的，作为高端产品出现，目前资料不多。×Scropion是高通根据Cortex-A8修改的。关键的特点是同频下比A8节能30%，或者同功耗的频率高25%。Scorpion具有部分A9的特性，如乱序执行，管线化的VFP，支持多核。此外，Scorpion的NeonSIMD引擎（高通称之为VeNum）宽度为128bit，是A8和A9的两倍，能提供更强劲的浮点运算支持，并且在不需要的时候可以关闭一半变成64bit以节省能源。总体上，Scorpion是具有部分A9特性的A8，高频率节能浮点加强版。1.2工艺与频率、功耗这三者是密切相关的，当然频率与SOC的后端设计也有很大关系。根据参考文献，45nm工艺可以比65nm节省30%的能耗。45nmScorpion在1.0GHz、1.2GHz和1.5GHz下的典型功耗是350mW、420mW和650mW，其中1.5GHz下已经需要加压，功耗上升更多。根据以上信息我们可以推测出Cortex-A8虽然性能强劲，但不是省油的灯。于是新一代mid主控在45nm、55nm下动辄1.2GHz的主频，能耗有点让人担心。当然，如果采用的GP工艺，可能会好些。同样制程的工艺，可以分为LP和GP。LP是LowPower，降低漏电，使得芯片在闲置状态下的能耗最低。GP是GeneralPurpose，可以在相同的满载能耗下达到比LP更高的频率，但是闲置状态下功耗高。国际大厂用于手机的SOC一般都采用LP工艺，以降低待机功耗，毕竟手机大部分时间都在待机。1.3视频的“硬解”与“软解”在Android下，个人认为硬解就是通过芯片自带的加速器进行解码，无论用的是DSP还是硬布线的解码器。软解就是通过软件使用ARM核心进行解码，ARM作为一个通用核心做视频解码，自然效能不会太高，并且依赖软件的算法，一般普遍使用的就是FFMPEG对ARM进行优化，调用neon等。不过就我个人的使用经验而言，1GHz的Cortex-A8处理器，使用rockplayer，vplayer等基于FFMPEG的软件解码，只能勉强解码480p的视频。对于848×480，24分钟100M左右的RMVB视频，大部分时间都无法达到满帧，在遇到高码率的动态场景时，帧数降到个位数，会有很明显的卡顿掉帧。在Tegra2的A9平台上表现稍好，仍不能满帧。估计是播放软件无法完全利用2个核心，如果两个核心充分利用，解决480pRMVB应该没有问题。总体而言，1GHzA8处理器软解RMVB基本是RK27MP4的水平。如果你的眼睛比较挑剔，就要注意了。一些A8软解720pRMVB流畅的说法，基本都是不实际的。==========ARM11========================VIAWM8650猜测为65nm工艺ARM11600MHz，300MHzDSP，支持720p硬件解码256MDDR2，位宽未知GPU未知VIA的新一代芯片，WM8505的升级版。ARM核心从ARM9300/400MHz升级到ARM11600MHz，并且能进一步提升到800MHz，性能基本达到RK2818和TCC8902的水平。视频能力从基本没有提升到720p硬件解码，虽然相对TCC的1080p解码有差距，但也达到了RK28的水平。软件方面，终于提供了Android2.1的支持，相比上一代的WM8505只能支持Android1.6有了进步。但是在A8/A9主控搭载Android2.2/2.3逐渐普及的趋势下，这款方案又将过时，只能作为低端入门的选择。据报道，售价将在550元以下。==========Cortex-A8========================65nm工艺，其中ARM核心为GP工艺，视频解码部分为LP工艺Cortex-A8800MHz，256KL2Cache512MDDR2，32bit视频子系统：硬解多格式，H.264，VC-1,MPEG4，RV最高720p（大部分开发商都没做RV的硬解支持），实测可播放部分1080p视频GPU：Adreno200（AMDZ430)三角形生产率：27M像素填充率：166MRockchipRK2908本帖最后由seasky于2011-7-823:40编辑文章来源于网络，仅供参考。1.一些背景介绍1.1ARM核心ARM核心是主控SOC中的重要部分，系统的日常应用都由ARM核心来完成，因此ARM核心的效能很大程度上跟用户体验有关。ARM公司一般用DMIPS/MHz来标称ARM核心的性能。DMIPS是DhrystoneMillionInstructionsexecutedPerSecond的缩写，反映核心的整数计算能力。但Dhrystone算法代码本身比较叫，可以完全放到Cache中执行，因此反映的只是核心能力，并不能反映缓存、内存I/O性能。能支持智能系统的ARM核心有以下几类：ARM9：指令集ARMv5，5级流水线，1.1DMIPS/MHzARM10E：指令集ARMv5，intel获得授权后发展的，如PXA270，PXA210系列，6/7级流水线，1.35DMIPS/MHzARM11：指令集ARMv6，8级流水线，1.25DMIPS/MHzCortex-A8：指令集ARMv7-A，13级整数流水线，超标量双发射，2.0DMIPS/MHz，标配Neon，不支持多核Scorpion：指令集ARMv7-A，高通获得指令集授权后在A8的基础上设计的。13级整数流水线，超标量双发射，部分乱序执行，2.1DMIPS/MHz，标配Neon，支持多核Cortex-A9：指令集ARMv7-A，8级整数流水线，超标量双发射，乱序执行，2.5DMIPS/MHz，可选配Neon/VFPv3，支持多核Cortex-A5：指令集ARMv7-A，8级整数流水线，1.57DMIPS/MHz，可选配Neon/VFPv3，支持多核Cortex-A15：指令集ARMv7-A，超标量，乱序执行，可选配Neon/VFPv4，支持多核×目前只有指令集ARMv7-A的核心才能在Android2.2上支持AdobeFlash。×Neon是什么？Neon是ARM核心附带的浮点SIMD引擎，可以把它当一个DSP用，可以把它理解为桌面CPU上的SSE，SSE2。合理的利用可以增强处理器在游戏、多媒体中的表现，当然需要软件支持。标准的Neon宽度是64bit。A9的Neon相对A8略有升级。如果不使用Neon，就只能有CPU自带的VFP进行浮点运算。标准A8的VFP没有管线化，速度是比较低的。A9的VFP管线化后，效能有明显提升，但还是不如Neon。×超标量：A8A9A15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进行执行。因此同频效能比ARM9ARM11等高的多。×Cortex-A5是Cortex-A家族中的小弟，功耗较低，单位功耗的效能很高，用于代替ARM9和ARM11占据低端市场。Cortex-A15是最新发布的，作为高端产品出现，目前资料不多。×Scropion是高通根据Cortex-A8修改的。关键的特点是同频下比A8节能30%，或者同功耗的频率高25%。Scorpion具有部分A9的特性，如乱序执行，管线化的VFP，支持多核。此外，Scorpion的NeonSIMD引擎（高通称之为VeNum）宽度为128bit，是A8和A9的两倍，能提供更强劲的浮点运算支持，并且在不需要的时候可以关闭一半变成64bit以节省能源。总体上，Scorpion是具有部分A9特性的A8，高频率节能浮点加强版。1.2工艺与频率、功耗这三者是密切相关的，当然频率与SOC的后端设计也有很大关系。根据参考文献，45nm工艺可以比65nm节省30%的能耗。45nmScorpion在1.0GHz、1.2GHz和1.5GHz下的典型功耗是350mW、420mW和650mW，其中1.5GHz下已经需要加压，功耗上升更多。根据以上信息我们可以推测出Cortex-A8虽然性能强劲，但不是省油的灯。于是新一代mid主控在45nm、55nm下动辄1.2GHz的主频，能耗有点让人担心。当然，如果采用的GP工艺，可能会好些。同样制程的工艺，可以分为LP和GP。LP是LowPower，降低漏电，使得芯片在闲置状态下的能耗最低。GP是GeneralPurpose，可以在相同的满载能耗下达到比LP更高的频率，但是闲置状态下功耗高。国际大厂用于手机的SOC一般都采用LP工艺，以降低待机功耗，毕竟手机大部分时间都在待机。1.3视频的“硬解”与“软解”在Android下，个人认为硬解就是通过芯片自带的加速器进行解码，无论用的是DSP还是硬布线的解码器。软解就是通过软件使用ARM核心进行解码，ARM作为一个通用核心做视频解码，自然效能不会太高，并且依赖软件的算法，一般普遍使用的就是FFMPEG对ARM进行优化，调用neon等。不过就我个人的使用经验而言，1GHz的Cortex-A8处理器，使用rockplayer，vplayer等基于FFMPEG的软件解码，只能勉强解码480p的视频。对于848×480，24分钟100M左右的RMVB视频，大部分时间都无法达到满帧，在遇到高码率的动态场景时，帧数降到个位数，会有很明显的卡顿掉