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分类: 嵌入式

2013-08-14 22:59:12

前言: 
  互联网机顶盒的 CPU更新换代的速度已经迈进了一个日新月异的阶段,去年的RTL1185大为风光,而新的一年, Cortex-A8、A9这对同门兄弟又将我们网络播放器带入智能世界。而这对兄弟谁强谁弱却一直是大家争论的焦点。今天我们主要就是要来了解一下 Cortex-A8/ Cortex-A9这两代架构的处理器有什么实质上的区别,Cortex-A9又会对互联网机顶盒的性能表现带来什么样的提升。 
  当然,从纯粹的技术角度对两款处理器进行深入了解需要极为丰富的专业知识,不仅晦涩难懂,而且比较枯燥,今天我们就尽量深入浅出,用最直白的介绍和大家一起分享两款处理器的对比结果。 
  背景介绍: 
  在了解 Cortex-A8/ Cortex-A9这两款架构的处理器之前,我们先来简单了解一下他们的背景。Cortex-A8/ Cortex-A9都是来自AMR公司的处理器解决方案,把Cortex-A8/ Cortex-A9这两款产品作为CPU的架构来说,更容易理解。 
  也就是说,最终出 现在产品中的CPU可能来自我们熟知的几个芯片大厂,但用的都是ARM架构。瑞芯微的RK2918、Marvell的88DE3010,三星的 S5PV210都同属于Cortex-A8架构,Cortex-A9架构的芯片有海思的Hi3716和AMLogic的AML8726。 


Cortex A9核心的海思主控芯片 
  再来说回ARM公司。“ARM”可能对于读者来说比较耳熟。这个公司总部位于英国剑桥,成立于1990年,是全球领先的半导体知识产权提供商。 
  ARM公司一般不提供芯片成品,而是将技术专利授权其他厂商生产。目前,ARM公司已经向全球多家公司出售了不同型号的600多个处理器生产许可证。 

Cortex-A家族 
  Cortex-A家族 
  ARM公司的Cortex-A系列处理器应用非常广泛,不仅可以用于手机、平板电脑及其他移动便携式设备,还可以用于数字电视、机顶盒、企业网络、打印机和服务器解决方案。这一系列的处理器具有高效低耗等特点,比较适合配置于各种移动平台。 



ARM A系列处理器 
  目前,Cortex-A系列有三款主流的解决方案:Cortex-A5、Cortex-A8、Cortex-A9。下面就让我们简单了解一下这三款架构各自具备什么特点。 
  Cortex-A5:性价比最高的处理器解决方案,高性能低成本。支持双核技术。 
  Cortex-A8:将移动芯片工作频率提升至1GHz的水平,支持低耗电技术,单核处理器解决方案。 
  Cortex- A8是第一款基于ARMv7架构的应用处理器,使用了能够带来更高性能、功耗效率和代码密度的Thumb-2技术。它首次采用了强大的NEONTM信号处 理扩展集,对H.264和MP3等媒体编解码提供加速。Cortex-A8解决方案还包括Jazelle-RCT Java加速技术,对实时(JIT)和动态调适编译(DAC)提供最优化,同时减少内存占用空间高达三倍。此外,新处理器还配置了用于安全交易和数字版权 管理的TrustZone技术以及实现低功耗管理的IEM功能。 


Cortex-A8 
?频率从 600MHz 到 1GHz 及以上
?高性能、超标量微体系结构
?用于多媒体和 SIMD 处理的 NEON? 技术
?与 ARM926、ARM1136 和 ARM1176 处理器的二进制兼容性 
  Cortex-A9:最新处理器架构,支持双核。脱胎于上一代的Cortex-A8平台,拥有更高的计算能力和更低的功耗。目前市面上的双核处理器移动便携式产品均采用Cortex-A9解决方案。
  Cortex-A9处理器能与其他Cortex系列处理器以及广受欢迎的ARM MPCore技术兼容,因此能够很好延用包括操作系统/实时操作系统(OS/RTOS)、中间件及应用在内的丰富生态系统,从而减少采用全新处理器所需的 成本。通过首次利用关键微体系架构方面的改进,Cortex-A9 处理器提供了具有高扩展性和高功耗效率的解决方案。利用动态长度、八级超标量结构、多事件管道及推断性乱序执行( Speculative out-of-order execution),它能在频率超过1GHz的设备中,在每个循环中执行多达四条指令,同时还能减少目前主流八级处理器的成本并提高效率。 







Cortex-A9 
?无与伦比的性能,2GHz 标准操作可提供 TSMC 40G 硬宏实现 
?以低功耗为目标的单核实现,面向成本敏感型设备
?利用高级 MPCore 技术,最多可扩展为 4 个一致的内核
?可选 NEON? 媒体和/或浮点处理引擎 
  了解ARM公司Cortex-A系列处理器不同产品的定位有助于我们在整体上对Cortex-A8、Cortex-A9两款处理器的性能表现有一个大概的间接认识。 

硬件指标PK(一) 
  Cortex-A8/Cortex-A9硬件指标PK(一) 
  在大概了解了ARM公司Cortex-A系列处理器各自的市场定位以后,我们可以简单地把Cortex-A9理解为Cortex-A8的升级版。这样的说法可能不足以准确地反映出Cortex-A9在各方面的技术升级,但是可以让我们的对比更加直观。 
   从ARM公司的官方数据中我们可以看到,Cortex-A9和Cortex-A8两款处理器都具备诸如Thumb-2、Jazelle-RCT等可以实 现降低功耗、节省内存占用空间的技术,但是在三个关键技术指标上,Cortex-A9架构的双核处理器要具备明显的优势。 


A9规格和性能 
  首先,Cortex-A9单核CPU的计算能力是要优于Cortex-A8处理器的。Cortex-A9的单独内核的CPU处理能力可以达到2.50DMIPS*,而Cortex-A8的峰值只能达到2.00DMIPS。 
   (*DMIPS是用来衡量计算机芯片整数计算能力的单位。MIPS:Million Instructions executed Per Second,每秒百万条指令,用来计算同一秒内系统的处理能力,即每秒执行了多少百万条指令。D是Dhrystone的缩写,他表示了在 Dhrystone这样一种测试方法下的MIPS) 
   避开专业性不谈,根据上面文章中对于DMIPS的介绍,我们也可以直接得出一个结论,就是DMIPS数值越大,CPU的数据处理能力越强。也就是说如果 单纯用数学计算的角度来看的话,Cortex-A9双核处理器的数据处理能力已经是Cortex-A8的2.5倍了。 

硬件指标PK(二) 
  Cortex-A8/Cortex-A9硬件指标PK(二) 
在对比完两款处理器的整数运算能力以后,接下来我们要对Cortex-A8/ Cortex-A9浮点运算能力进行一个简单的测试。浮点运算就是实数运算,因为计算机只能存储整数,所以实数都是约数。 
  在计算机的世界里,有两种办法表示实数,一种是定点,就是小数点位置是固定的,一种是浮点,就是小数点位置不固定,计算方法也比较麻烦,通常会比整数运算代价大很多。因此浮点运算能力也可以直接体现一款处理器性能是否出色。 
  A9媒体处理器 
  Mali-400 GPU 世界上第一个符合 OpenGL ES 2.0 标准的多核 GPU,可提供 2D 和 3D 加速,性能最高可以扩展到 1080p 分辨率 
  Mali-200 GPU 高性能图形处理器,可提供高级 2D 和 3D 加速。支持 OpenGL ES 2.0 
  A8媒体处理器 
  Mali-400 GPU 世界上第一个符合 OpenGL ES 2.0 标准的多核 GPU,可提供 2D 和 3D 加速,性能最高可以扩展到 1080p 分辨率 
  Mali-200 GPU 高性能图形处理器,可提供高级 2D 和 3D 加速。支持 OpenGL ES 2.0 
  Mali-55 GPU 世界上最小且功效最高的 GPU,对大多数成本敏感市场引入硬件图形加速。
   由于我们无法从ARM公司官方获得Cortex-A8/ Cortex-A9这两款处理器在浮点运算能力上的标准数值,因此只能采取真机测试的方法。在分别选取了一台Cortex-A8 1GHz CPU设备一台Cortex-A9 1GHz CPU设备之后,我们使用GLBenchmark软件对两款产品进行评分。 

   GLBenchmark是一款专业测试移动设备图形处理能力的软件,其中多项测试内容中包括对CPU性能的检验。在最终的结果中我们看 到,Cortex-A8设备在CPU浮点运算这一项的得分为8658分,而Cortex-A9设备的得分高达13333分,性能提升高达54%。 
  综合第一部分的PK,我们可以看出,Cortex-A9并不是从Cortex-A8身上简单地将处理器核心进行叠加,而是在单核运算能力上都有很大的提升。 

硬件指标PK(三) 
  Cortex-A8/ Cortex-A9硬件指标PK(三) 
  相信发烧友都比较清楚,在选择一款CPU时,不仅要参考制造工艺、处理器工作频率,还有一个需要特别留意的重要指标就是L2二级缓存。 
  L2二级缓存是位于CPU与内存之间的临时存储器,它的容量比内存小但交换速度快。在缓存中的数据是内存中的一小部分,但这一小部分是短时间内CPU即将访问的,当CPU调用大量数据时,就可避开内存直接从缓存中调用,从而加快读取速度。 
  L2二级缓存对CPU的性能影响很大,它的存在意义就是:节省CPU直接读取内存的时间,使CPU读取数据时基本无需等待。因此我们可以这样想,在CPU工作频率不变的基础上,增加L2二级缓存的大小可以直接影响CPU的工作效率。 

   回到Cortex-A9和Cortex-A8这两款处理器上面来。先于Cortex-A9处理器问世的Cortex-A8在L2二级缓存上的表现如何 呢?答案是最高可配置1MB。而进化后的Cortex-A9在这个数值上的升级则十分惊人,已经可以做到对最高8MB的二级缓存进行配置。 
   在L2二级缓存上的对比已经显而易见。Cortex-A9拥有Cortex-A8八倍的潜力可以挖掘。当然,处理器二级缓存的多与少最终还是要取决于芯 片制造商对产品定位、性价比等多种因素的考虑,但是Cortex-A9处理器L2二级缓存的极限值更大,这就意味着同样都是采取顶级配置方案 时,Cortex-A9在性能上的表现将会远超Cortex-A8处理器。 

总结 
  总结: 
   单纯用数据说话大家就能体会到Cortex-A9在性能上有很大的提升。但不管是Cortex-A8还是Cortex-A9都只是ARM公司的处理器解 决方案,决定一款产品的CPU性能是否强劲还要考虑芯片制造商的设计生产工艺、二级缓存和RAM可运行存储空间的配比、设备屏幕分辨率的高低等等多种因 素。 
   因此,即便是选择两款Cortex-A8、Cortex-A9产品进行CPU评分测试,也无法十分精准客观地反映出Cortex-A9在性能上有多大的 提升。对于消费者来说,不管采用什么最新架构、最新技术,产品实际的使用体验更好才是硬道理,这种体验是无法用技术数据和软件测试来衡量的。 
   所以在文章的最后,我们并不想用呆板的测试数据对Cortex-A8、Cortex-A9这两款处理器的性能盖棺定论,毕竟决定一款产品好坏的因素有很 多,甚至包括使用者的一些主观因素。我们只是想通过对比来让大家了解到,Cortex-A9的出现确实让移动平台处理器的发展进入了一个新阶段。 
采用A8核心的芯片主要为RK29系列,三星S5PV210方案;采用A9核心的芯片主要是海思的3716和AMLOGIC的AML8726-M方案。 
   和Cortex-A8相比,Cortex-A9的确更快更强,在Cortex-A9架构下,更容易涌现出众多精彩的高清播放设备,Cortex-A9也 更容易能够将移动产品的用户体验上升一个台阶。对于使用者来说,这才是Cortex-A9和Cortex-A8相比,看得见摸得着的进步。
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