조금씩 임베디드 - 3. 임베디드 프로세서 2

5. 프로세서 아키텍처로 분류

- 프로세서 제조사 or IP 회사로 분류

- x86 : 인텔의 32비트 아키텍처 PC에서 많이 쓰임. 레지스터가 8개로 부족

- amd64 : amd에서 만든 x86을 확장한 64비트 아키텍처. 레지스터를 16개로 늘어남. 가상 메모리, 물리메모리 크게늘어남

- arm : 초기 저전력 soc를 만들다가 고성능 저전력 프로세서 설계   ex) cortex-A(응용어플)/R(rtos 최적)/M(mcu 최적)

   + ARM 설계를 따르는 프로세서 : 퀄컴 스냅드래곤, NVIDA 테그라, 삼성 엑시노스

- mips : 스탠포드에서 RISC로 개발. 비디오 콘솔, 멀티미디어 같이 높은 연산 처리가 필요한 곳에 사용.

 

 

ARM RISC

- 초기 ARM7/9/11 같은 저전력 프로세서 위주였으나 스마트폰 대중화후 고성능 Cortex 아키텍처 시리즈

- RISC 특징 : load-store 구조, 고정 길이 32비트 명령어, 주소 명령어 구조(1개 명령어는 2개 소스 주소 + 1개 목적지)

* 로드-저장 구조 : CISC에서 memory to memory(메모리서 레지스터로 가져와 메모리로 저장) 연산을 하는것과 달리 레지스터에 로드 저장, 메모리 사용 x

- ARM RISC

  - 32비트 프로세서여도 16비트 명령어 사용가능(Thumb 모드) -> 코드 크기 축소

  - 조건부 명령어 구조 : 모든 명령어에 조건부 추가 가능

  - 최적화된 레지스터 갯수: 일반 RISC CPU가 많은 레지스터를 사용해 공간 낭비, ARM RISC는 필요한 레지스터만 사용

 

 

어플리케이션 프로세서 AP

-  모바일 기기에 사용되는 프로세서로 PC에 사용되는것과는 다름. 스마트폰이 나오면서 OS, 게임, 멀티미디어가 중요해져 어플리케이션에 특화하는 쪽으로 설계되 AP라 부름.

- ex : 퀄컴 스냅 드래곤, 삼성 엑시노스, 엔디비아 테그라

퀄컴 스냅드래곤

 

 

ARM Cortex

- 초기 저전력 위주 ARM7/9/11 설계에서 용도별로 구분한 시리즈

- ARM Cortex-A : Non-RTOS와 어플리케이션에 특화된 프로세서

- ARM Cortex-R : RTOS와 실시간 시스템에 특화됨

- ARM Cortex-M : 저가, 저전력에 특화된 MCU

 

 

 

 

ARM 아키텍처

- 다시 정리하면 초기에는 저전력 프로세서 위주였으나 용도 별로 특화된 coretex 시리즈가 나옴

- ARM RISC : 32비트 프로세서에서도 16비트 명령어 지원(thumb 모드), 조건부 명령어, 최적 레지스터 수

시리즈	아키텍처 버전	코어	기능
ARM1	ARMv1	ARM1	캐시 x
ARM2	ARMv2a	ARM2	곱샘 명령 추가, 4MIPS, 8Mhz
ARM3	ARMv2a	ARM2a	ARM 프로세서서 최초로 캐시 사용 4k, 7MIPS, 12MHz
ARM6	ARMv3	ARM60	최초 32비트 메모리 지원, 10 MIPS, 12MHz
ARM7	ARMv3	ARM700	8k 캐시, 40MHz
		ARM7500FE	Soc, FPA와 EDO 메모리 커트롤러 추가(FE), 56MHz
ARM8	ARMv4	ARM810	5단계 파이프라인, 고정된 예측 분기, 84MIPS, 72MHz
ARM9TDMI	ARMv4	ARM9TDMI	5단계 파이프라인
ARM9E	ARMv5TE	ARM946E-S	향상된 DSP, 가변 메모리 밀착형 MPU
ARM11	ARMv6	ARM1136J-S	SIMD(단일 명령어 다중 데이터), 8단계 파이프라인 532-665MHz

 

 

 

ARM Cortex-A 아키텍처

- 스마트폰에 적합한 고성능 아키텍처, 이 아키텍처 + 메모리 + 제어기를 한칩 SoC에 만들어 사용

시리즈	아키텍처버전	코어	기능
Cortex-A	ARMv7-A	Cortex-A5	저전력 초소형 프로세서, 8단계 싱글 파이프라인
		Cortex-A7	멀티코어, 1.2GHz (ex : 엑시노스 5410)
		Cortex-A9	저전력 최적 멀티코어 프로세서(많이씀) (ex:엔비디아 테그라2)
		Cortex-A15	Armv7-A 중 가장 고성능
		Cortex-A17	Big litttle 지원
	Armv8-A	Cortex-A32	32비트 기반 가장 작은 공간, MCU 소형 임베디드 시스템 중 고성능
		Cortex-A35	64비트 Armv8-A
		Cortex-A65AE	차량용 멀티스레드 Cortex-A CPU
		Cortex-76AE	자율주행차 같은 안전 어플리케이션용
		Cortex-A77	5G 솔루션, 고성능

 

 

ARM Cortex-A9 프로세서

- ARMv7 + 다중 슈퍼스케일러, 비순차 추론 8단계 파이프라인을 이용한 고성능 프로세서

- 슈퍼 스케일러 파이프라인 : 최대 성능, 저전력

- Neon 엔진 : 미디어, 신호 처리 가속화 엔진

- 부동 소수점 처리장치 : 이전 ARM FPU 성능 2배 개선

- Thumb-2 : 기존 코드 성능을 유지하며 메모리양 최대 30% 절감

- Trust Zone : 보안 어플리케이션 안전 실행 보장

- L2 캐쉬 컨트롤러 : 2MB 캐쉬 메모리까지 저 지연, 고 대역 액세스 제공