轻松读懂“应用处理器”微架构2013版10—18

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1、第10页：ARMCortex-A9内核微架构特点Cortex-A9的代号为Falcon，是在ARM公司在2007年10月3日发布的IPcore，距今大约有五个年头。Cortex-Ax这个名字中后缀A表示属于Application（应用处理器），Cortex另有M系列（即单片机或者微控制器）、R系列（实时应用），这里显然是A系列的规格最高，具备MMU（内存管理单元）。基于Cortex-A9的芯片实现有前面提到的NVIDIATegra2/Tegra3、AppleA5/A5X以及TIOMAP4430/4440、ST-爱立信NovaThorU85

2、00/U9500/LT9540、STMSPEAr1310、三星Orion/Exynos4210、华为K3V2、ZiiLabsZMS-20/ZMS-40、SonyCXD5315GG（PSV）、联发科MT6577、华为海思K3V2等等，是目前GoogleAndroid操作系统高端手机、智能平板阵营中最主流的CPU内核。Cortex-A8微架构Cortex-A9微架构Cortex-A9的前身是Cortex-A8，它们同属于ARMv7ISA的实现，和Cortex-A8相比，Cortex-A9除了流水线更短、增加了专门的多核方案等大家熟知的变化外，

3、还具备多项改进。1、Cortex-A9拥有众多RISCCPU的先进特性，例如推测数据存取、动态分支预测、多指令发射、硬件Cache一致性、乱序执行、寄存器重命名，号称史上第一枚乱序执行移动处理器。除了双指令发射和分支预测外，Cortex-A8都并不具备，因此在Cortex-A9上汇编码优化、NEONSIMD的重要性相对来说要低很多（经过调优的汇编码在A8上可以做到10-30倍性能，而A9一般只会有2-5倍，如果是A9使用NEONCIntrinsics的话性能基本上和汇编一样）。2、Cortex-A9的每条L1CacheLine是32字节，

4、Corte-A8是64字节。CacheLine又称作datablock（数据块）或者CacheBlock，Cache每次更新都以固定大小的CacheLine为单位。CacheLine的大小主要影响命中率、内存存取效率、发生Cache命中缺失时候的性能惩罚时间。3、Cortex-A9的L2Cache位于“核外”（ARM对应的方案是PL310或者更新一点的L2C-310），而Cortex-A8则是速度更快的核内L2Cache。从对Cortex-A81GHz（三星SamsungHummingbird，即Exynos3110）和CortexA-A

5、91.2GHz（三星Exynos4210）实测来看，A8/A9的L1cache延迟分别为3周期和4周期，L2Cache延迟（含L1Cache延迟但是不含L1/L2TLB命中缺失惩罚的情况下）分别为13周期和23周期。4、Cortex-A9MPCore的各内核L1Cache采用了数据、代码分离式设计，L1数据Cache具备硬件Cache一致性。各个内核共享外部L2Cache。5、Cortex-A9具备完整的VFPv3FPU，而Cortex-A8则只有缩水版的VFPlite，主要区别是Cortex-A9的大多数浮点操作都只需要1个周期，而Co

6、rtex-A8需要10个周期，因此Cortex-A8的浮点性能相当烂。6、Cortex-A9支持半精度（fp16），而Cortex-A8只支持32-bit单精度（FP32）和双精度（FP64），不过半精度在CPU级别的应用并不是很多见。7、Cortex-A9不能同时发射两条NEON指令，而Cortex-A8却能够实现1条NEONL/S指令搭配一条非L/SNEON指令。8、Cortex-A8的NEON单元位于ARM单元下游，所以NEON单元访问寄存器和内存更快，而且数据可以很快从ARM寄存器搬到NEON/VFP单元寄存器，但是将NEON/V

7、FP寄存器数据搬到ARM寄存器的话就非常慢，会导致Cortex-A8的流水线停摆20个周期。9、Cortex-A8的NEON和ARM各有一个分离的L/S单元，如果一起对同一块CacheLine进行Load或者Store操作的话，会导致额外的20个周期延迟。10、Cortex-A9对多线程化同步采用LDREX/STREX，不会杜塞所有的内核，而Cortex-A8对互斥使用简单的断禁制。11、所有的Cortex-A8都集成了NEONSIMD单元，但是Cortex-A9则未必，例如NVIDIATegra2就没有集成NEON，不过Tegra3则具

8、备NEON。如果使用7-zip（不包含任何浮点）实测来看，Cortex-A81GHz的压缩(受内存时延、数据Cache大小和速度以及TLB影响较大）/解压缩（受CPU整数性能影响较大）性能相当