FPGA||ZYNQ概念理解之： Cortex-A9 处理器及架构

源起

Zynq系列的亮点在于FPGA里包含了完整的ARM处理子系统（PS），每一颗Zynq系列的处理器都包含了Cortex-A9处理器，整个处理器的搭建都以处理器为重心，而且处理器子系统中继承了内存控制器和大量的外设，使Cortex-A9的核在Zynq-7000中完全独立于可编程逻辑单元，也就是说如果暂时没有用到可编程逻辑单元（PL），ARM处理器的子系统也可以独立工作，这与以前的FPGA有本质区别，其是以处理器为核心的。

关于ZYNQ、ARM、PS、PL已在上文《概念理解：ZYNQ、PS、PL、APU、ARM、SOC、URAT、GPIO…》分析，本文主要为理解Cortex-A9是什么？

Cortex

ARM公司在经典处理器ARM11以后的产品改用Cortex命名，并分成A、R、M三类，旨在为各种不同的市场提供服务。

Cortex系列属于ARMv7架构，这是到2010年为止ARM公司最新的指令集架构。

简单来说，Cortex就是ARM公司一个系列处理器的名称，就像英特尔旗下处理器有酷睿、奔腾、赛扬。

ARMv7

ARMv7架构的Cortex处理器系列所采用的技术也不相同：

1. 基于v7A的称为Cortex-A系列；
2. 基于v7R的称为Cortex-R系列；
3. 基于v7M的称为Cortex-M系列；

ARMv8架构

2011年11月，ARM公司发布了新一代处理器架构ARMv8的部分技术细节。这是ARM公司的首款支持64位指令集的处理器架构。

由于ARM处理器的授权内核被广泛用于手机等诸多电子产品，故ARMv8架构作为下一代处理器的核心技术而受到普遍关注。

ARM在2012年间推出基于ARMv8架构的处理器内核并开始授权，而面向消费者和企业的样机于2013年由苹果的A7处理器上首次运用。

关于处理器的架构

所谓处理器架构就是CPU厂商给属于同一系列的CPU产品定的一个规范，主要目的是为了区分不同类型CPU的重要标示。目前市面上的CPU指令集分类主要有两大阵营：

• Intel、AMD为首的复杂指令集CPU；
• IBM、ARM为首的精简指令集CPU；

不同品牌的CPU，其产品的架构也不相同：

• x86：Intel、AMD
• PowerPC：IBM
• ARM：ARM

Cortex-A9

ARM Cortex-A9采用ARMv7-A架构，目前我们能见到的四核处理器大多都是属于Cortex-A9系列。

Cortex-A9 处理器的设计旨在打造最先进的、高效率的、长度动态可变的、多指令执行超标量体系结构，提供采用乱序猜测方式执行的 8 阶段管道处理器，凭借范围广泛的消费类、网络、企业和移动应用中的前沿产品所需的功能，它可以兼具高性能和高能效。

Cortex-A9 微体系结构既可用于可伸缩的多核处理器（Cortex-A9 MPCore多核处理器），也可用于更传统的处理器（Cortex-A9单核处理器）。

可伸缩的多核处理器和单核处理器支持 16、32 或 64KB 4 路关联的 L1 高速缓存配置，对于可选的 L2 高速缓存控制器，最多支持 8MB 的 L2 高速缓存配置，它们具有极高的灵活性，均适用于特定应用领域和市场。

References