Mobilní ARM procesory. Architektura ARM. V boji o PC trh

Počítačový svět se rychle mění. Stolní počítače ztratily první místo v žebříčku prodejů ve prospěch notebooků a chystají se dát trh tabletům a dalším mobilním zařízením. Před 10 lety jsme oceňovali čistý megahertz, skutečný výkon a výkon. Aby procesor dobyl trh, musí být nejen rychlý, ale také ekonomický. Mnoho lidí věří, že ARM je architektura 21. století. Je to pravda?

Nové - dobře zapomenuté staré

Novináři, sledující ARM PR lidi, tuto architekturu často prezentují jako něco zcela nového, co by mělo pohřbít šedovlasou x86.

Ve skutečnosti jsou ARM a x86, na jejichž základě jsou postaveny procesory Intel, AMD a VIA instalované v noteboocích a stolních počítačích, téměř stejně staré. První x86 čip byl vydán v roce 1978. Projekt ARM oficiálně začal v roce 1983, ale byl založen na vývoji, který byl proveden téměř současně s vytvořením x86.

První ARMy zaujaly specialisty svou elegancí, ale svým relativně nízkým výkonem nedokázaly dobýt trh, který vyžadoval vysoké rychlosti a nedbal na efektivitu. Aby popularita ARM raketově vzrostla, musely existovat určité podmínky.

Na přelomu osmdesátých a devadesátých let byla se svou relativně levnou ropou žádaná obrovská SUV s výkonnými 6litrovými motory. O elektromobily se zajímal málokdo. Ale v naší době, kdy barel ropy stojí více než 100 dolarů, potřebují velká auta s motory náročnými na výkon jen bohatí, kteří spěchají s přechodem na ekonomická auta. Podobná věc se stala s ARM. Když vyvstala otázka mobility a efektivity, ukázalo se, že architektura je velmi žádaná.

"Rizikový" procesor

ARM je architektura RISC. Využívá redukovanou sadu příkazů – RISC (reduced installation set computer). Tento typ architektury se objevil na konci sedmdesátých let, přibližně ve stejné době, kdy Intel nabízel svůj x86.

Při experimentování s různými kompilátory a mikrokódovými procesory si inženýři všimli, že v některých případech byly sekvence jednoduchých příkazů prováděny rychleji než jedna složitá operace. Bylo rozhodnuto vytvořit architekturu, která by zahrnovala práci s omezenou sadou jednoduchých instrukcí, jejichž dekódování a provedení by zabralo minimum času.

Jeden z prvních projektů procesorů RISC provedla skupina studentů a učitelů na univerzitě v Berkeley v roce 1981. Právě v této době čelila britská společnost Acorn výzvě času. Vyráběla výukové počítače BBC Micro založené na procesoru 6502, které byly ve Foggy Albion velmi populární, ale brzy tyto domácí počítače začaly ztrácet na pokročilejší stroje. Žaludovi hrozila ztráta trhu. Inženýři společnosti, kteří se seznámili se studentskou prací na procesorech RISC, se rozhodli, že vytvoření vlastního čipu bude docela jednoduché. V roce 1983 byl spuštěn projekt Acorn RISC Machine, který se později stal ARM. O tři roky později byl vydán první procesor.

První ARM

Byl extrémně jednoduchý. První čipy ARM dokonce postrádaly instrukce násobení a dělení, které byly reprezentovány sadou jednodušších instrukcí. Další vlastností čipů byly principy práce s pamětí: veškeré operace s daty bylo možné provádět pouze v registrech. Procesor přitom pracoval s tzv. registrovým oknem, to znamená, že mohl přistupovat jen k části všech dostupných registrů, které byly převážně univerzální a jejich činnost závisela na režimu, ve kterém se procesor nacházel. To umožnilo opustit mezipaměť v úplně prvních verzích ARM.

Navíc se díky zjednodušení instrukčních sad mohli vývojáři architektury obejít bez řady dalších bloků. Například první ARMy zcela postrádaly mikrokód a také jednotku s pohyblivou řádovou čárkou (FPU). Celkový počet tranzistorů v prvním ARMu byl 30 000 V podobných x86 jich bylo několikrát, nebo dokonce řádově více. Dalších úspor energie je dosaženo podmíněným prováděním příkazů. To znamená, že ta či ona operace bude provedena, pokud je v registru odpovídající skutečnost. To pomáhá procesoru vyhnout se „zbytečným pohybům“. Všechny instrukce se provádějí postupně. V důsledku toho ARM ztratil na výkonu, ale ne výrazně, zatímco výrazně získal na spotřebě energie.

Základní principy architektury zůstávají stejné jako u prvního ARMu: práce s daty pouze v registrech, redukovaná sada instrukcí, minimum přídavných modulů. To vše zajišťuje architektuře nízkou spotřebu energie a relativně vysoký výkon.

Aby se to zvýšilo, ARM v posledních letech představil několik dalších instrukčních sad. Spolu s klasickým ARMem existují Thumb, Thumb 2, Jazelle. Ten je navržen tak, aby urychlil provádění kódu Java.

Cortex - nejpokročilejší ARM

Cortex – moderní architektury pro mobilní zařízení, vestavěné systémy a mikrokontroléry. Podle toho jsou CPU označeny jako Cortex-A, embedded – Cortex-R a mikrokontroléry – Cortex-M. Všechny jsou postaveny na architektuře ARMv7.

Nejpokročilejší a nejvýkonnější architektura v řadě ARM je Cortex-A15. Předpokládá se, že na jejím základě se budou vyrábět především dvou nebo čtyřjádrové modely. Cortex-A15 ze všech předchozích ARM je co do počtu a kvality bloků nejblíže x86.

Cortex-A15 je založen na procesorových jádrech vybavených FPU jednotkou a sadou instrukcí NEON SIMD určených pro urychlení zpracování multimediálních dat. Jádra mají 13-stupňovou pipeline, podporují provádění instrukcí volného řádu a virtualizaci založenou na ARM.

Cortex-A15 podporuje rozšířený systém adresování paměti. ARM zůstává 32bitovou architekturou, ale inženýři společnosti se naučili převádět 64bitové nebo jiné pokročilé adresování na 32bitové procesory. Technologie se nazývá Long Physical Address Extensions. Díky němu dokáže Cortex-A15 teoreticky adresovat až 1 TB paměti.

Každé jádro je vybaveno mezipamětí první úrovně. Kromě toho je k dispozici až 4 MB distribuované mezipaměti L2 s nízkou latencí. Procesor je vybaven 128bitovou koherentní sběrnicí, kterou lze využít pro komunikaci s dalšími jednotkami a periferiemi.

Jádra, která jsou základem Cortex-A15, jsou vývojem Cortex-A9. Mají podobnou strukturu.

Cortex-A9, na rozdíl od Cortex-A15, lze vyrábět ve vícejádrové i jednojádrové verzi. Maximální frekvence je 2,0 GHz, Cortex-A15 naznačuje možnost vytvoření čipů pracujících na frekvenci 2,5 GHz. Čipy na něm založené budou vyráběny pomocí 40 nm a tenčích technických procesů. Cortex-A9 se vyrábí procesními technologiemi 65 a 40 nm.

Cortex-A9 je stejně jako Cortex-A15 určen pro použití ve výkonných chytrých telefonech a tabletech, ale není vhodný pro serióznější aplikace, například na serverech. Pouze Cortex-A15 má hardwarovou virtualizaci, pokročilé adresování paměti. Instrukční sada NEON Advanced SIMD a FPU jsou navíc u Cortex-A9 volitelné, zatímco u Cortex-A15 jsou vyžadovány.

Cortex-A8 bude v budoucnu postupně mizet ze scény, ale prozatím tato jednojádrová varianta najde využití v levných smartphonech. Nízkonákladové řešení v rozsahu od 600 MHz do 1 GHz poskytuje vyváženou architekturu. Má jednotku FPU a podporuje první verzi SIMD NEON. Cortex-A8 předpokládá jediný technologický proces – 65 nm.

ARM předchozích generací

Procesory ARM11 jsou na mobilním trhu zcela běžné. Jsou postaveny na bázi architektury ARMv6 a jejích modifikací. Vyznačuje se 8-9-stage pipelines, podporou Jazelle, která pomáhá urychlit zpracování kódu Java, instrukcemi SIMD stream, Thumb-2.

Procesory XScale, ARM10E, ARM9E jsou založeny na architektuře ARMv5 a jejích modifikacích. Maximální délka potrubí je 6 stupňů, Thumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP. Čipy XScale mají mezipaměť druhé úrovně. Procesory byly používány v chytrých telefonech poloviny 21. století; dnes je lze nalézt v některých levných mobilních telefonech.

ARM9TDMI, ARM8, StrongARM - zástupci ARMv4, který má 3-5 stupňové potrubí a podporuje Thumb. ARMv4 jsme například mohli najít v prvních klasických iPodech.

ARM6 a ARM7 patří do ARMv3. V této architektuře se poprvé objevila jednotka FPU, bylo implementováno 32bitové adresování paměti a nikoli 26bitové, jako v prvních příkladech architektury. ARMv2 a ARMv1 byly technicky 32bitové čipy, ale ve skutečnosti aktivně pracovaly pouze s 26bitovým adresním prostorem. Mezipaměť se poprvé objevila v ARMv2.

Jmenují se legie

Acorn původně neměl v úmyslu stát se hráčem na trhu procesorů. Úkolem projektu ARM bylo vytvořit čip vlastní výroby pro výrobu počítačů – právě tvorbu PC považoval Acorn za svůj hlavní byznys.

ARM se díky Applu vyvinul z vývojářské skupiny ve společnost. V roce 1990 Apple spolu s VLSI a Acorn začal vyvíjet levný procesor pro první kapesní počítač Newton. Pro tyto účely byla vytvořena samostatná společnost, která dostala název interního projektu Acorn – ARM.

Za účasti Applu vznikl procesor ARM6, který má nejblíže k moderním čipům od anglického vývojáře. Ve stejné době si DEC mohl patentovat architekturu ARM6 a začal vyrábět čipy pod značkou StrongARM. O pár let později byla technologie převedena na Intel v rámci dalšího patentového sporu. Mikroprocesorový gigant vytvořil svůj vlastní analog, procesor XScale, založený na ARM. Ale v polovině předchozí dekády se Intel zbavil tohoto „nezákladního aktiva“ a zaměřil se výhradně na x86. XScale se přesunul do rukou společnosti Marvell, která již licencovala ARM.

ARM, který byl ve světě novinkou, zpočátku nebyl schopen vyrábět procesory. Její vedení zvolilo jiný způsob vydělávání peněz. Architektura ARM byla jednoduchá a flexibilní. Zpočátku jádro postrádalo dokonce i mezipaměť, takže následně další moduly, včetně FPU, řadiče nebyly těsně integrovány do procesoru, ale byly jakoby zavěšeny na základně.

V souladu s tím se ARM dostal do rukou inteligentního návrháře, který umožnil technologicky vyspělým společnostem vytvářet procesory nebo mikrokontroléry podle jejich potřeb. K tomu slouží tzv. koprocesory, které dokážou rozšířit standardní funkcionalitu. Celkově architektura podporuje až 16 koprocesorů (čísla od 0 do 15), ale číslo 15 je vyhrazeno pro koprocesor, který vykonává funkce správy mezipaměti a paměti.

Periferie se připojují k čipu ARM a mapují své registry do paměťového prostoru procesoru nebo koprocesoru. Čip pro zpracování obrazu může například sestávat z relativně jednoduchého jádra založeného na ARM7TDMI a koprocesoru, který zajišťuje dekódování HDTV signálu.

ARM začal licencovat svou architekturu. V křemíku jej již implementovaly další společnosti, včetně Texas Instruments, Marvell, Qualcomm, Freescale, ale i zcela nejaderných jako Samsung, Nokia, Nintendo nebo Canon.

Absence vlastních továren, stejně jako působivé licenční poplatky, umožnily ARM být flexibilnější při vývoji nových verzí architektury. Společnost je upekla jako horké koláče a vstoupila do nových výklenků. Kromě chytrých telefonů a tabletů se architektura používá ve specializovaných procesorech, například v GPS navigacích, digitálních fotoaparátech a videokamerách. Na jeho základě jsou vytvořeny průmyslové regulátory a další čipy pro vestavěné systémy.

Licenční systém ARM je skutečný hypermarket s mikroelektronikou. Společnost licencuje nejen nové, ale i starší architektury. Ten lze použít k vytvoření mikrokontrolérů nebo čipů pro nízkonákladová zařízení. Výše licenčních poplatků samozřejmě závisí na míře novosti a složitosti varianty architektury, která výrobce zajímá. Tradičně jsou technické procesy, pro které ARM vyvíjí procesory, 1-2 kroky za těmi, které jsou považovány za relevantní pro x86. Díky vysoké energetické účinnosti architektury je méně závislá na přechodu na nové technologické standardy. Intel a AMD se snaží vyrábět tenčí čipy s cílem zvýšit frekvence a počet jader při zachování fyzické velikosti a spotřeby energie. ARM má ze své podstaty nižší požadavky na napájení a také poskytuje vyšší úrovně výkonu na watt.

Vlastnosti procesorů NVIDIA, TI, Qualcomm, Marvell

Licencováním ARM vlevo a vpravo vývojáři posílili pozici své architektury na úkor kompetencí svých partnerů. Klasickým příkladem je v tomto případě NVIDIA Tegra. Tato řada systémů na čipu je založena na architektuře ARM, ale NVIDIA již měla svůj vlastní velmi vážný vývoj v oblasti 3D grafiky a systémové logiky.

ARM dává svým poskytovatelům licencí širokou možnost přepracovat architekturu. V souladu s tím dokázali inženýři NVIDIA v Tegře spojit silné stránky ARM (CPU computing) a jejich vlastních produktů – práci s trojrozměrnou grafikou atd. Výsledkem je, že Tegra má nejvyšší 3D výkon ve své třídě procesorů. Jsou o 25–30 % rychlejší než PowerVR, který používají Samsung a Texas Instruments, a téměř dvakrát rychlejší než Adreno, vyvinutý Qualcommem.

Ostatní výrobci procesorů založených na architektuře ARM posilují určité přídavné bloky a vylepšují čipy pro dosažení vyšších frekvencí a výkonu.

Například Qualcomm nepoužívá referenční design ARM. Inženýři společnosti jej vážně přepracovali a nazvali ho Scorpio – jde o základ čipů Snapdragon. Konstrukce byla částečně přepracována tak, aby vyhovovala sofistikovanějším technickým procesům, než jaké poskytuje standardní IP ARM. Díky tomu byly první Snapdragony vyráběny na 45 nm, což jim poskytovalo vyšší frekvence. A nová generace těchto procesorů s deklarovaným 2,5 GHz se může dokonce stát nejrychlejším mezi analogy založenými na ARM Cortex-A9. Qualcomm také používá vlastní grafické jádro Adreno, vytvořené na základě vývoje zakoupeného od AMD. Svým způsobem jsou tedy Snapdragon a Tegra nepřátelé na genetické úrovni.

Samsung se při tvorbě Hummingbirdu vydal také cestou optimalizace architektury. Korejci společně se společností Intrinsity změnili logiku, čímž snížili počet instrukcí potřebných k provedení určitých operací. Tím se nám podařilo získat 5-10 % produktivity. Navíc přibyla dynamická L2 cache a multimediální nadstavba ARM NEON. Korejci jako grafický modul použili PowerVR SGX540.

Texas Instruments ve své nové řadě OMAP založené na architektuře ARM Cortex-A přidal speciální modul IVA zodpovědný za urychlení zpracování obrazu. Umožňuje rychle zpracovávat data přicházející ze snímače do vestavěné kamery. Navíc je připojen k ISP a pomáhá při akceleraci videa. OMAP také používá grafiku PowerVR.

Apple A4 má velkou mezipaměť 512 KB, využívá grafiku PowerVR a samotné jádro ARM je postaveno na variantě architektury předělané Samsungem.

Dvoujádrový Apple A5, který debutoval v iPadu 2 na začátku roku 2011, je založen na architektuře ARM Cortex-A9, stejně jako ta, kterou dříve optimalizoval Samsung. Oproti A4 má nový čip dvojnásobné množství mezipaměti druhé úrovně – zvětšila se na 1 MB. Procesor obsahuje dvoukanálový řadič RAM a má vylepšenou video jednotku. Výsledkem je, že v některých úkolech funguje dvakrát lépe než Apple A4.

Marvell nabízí čipy založené na vlastní architektuře Sheeva, která se po bližším prozkoumání ukáže jako hybrid XScale, kdysi zakoupeného od Intelu, a ARM. Tyto čipy mají ve srovnání s analogy větší množství vyrovnávací paměti a jsou vybaveny speciálním multimediálním modulem.

V současné době držitelé licence ARM vyrábějí pouze čipy založené na architektuře ARM Cortex-A9. Zároveň, i když umožňuje vytvářet čtyřjádrové možnosti, NVIDIA, Apple, Texas Instruments a další jsou stále omezeny na modely s jedním nebo dvěma jádry. Čipy navíc pracují na frekvencích až 1,5 GHz. Cortex-A9 umožňuje dělat dvoujádrové procesory, ale zase se výrobci nesnaží rychle navyšovat frekvence – ostatně zatím bude mít trh dostatek dvoujádrových procesorů na 1,5 GHz.

Procesory založené na Cortex-A15 by se měly stát skutečně vícejádrovými, ale i když jsou oznámeny, jsou pouze na papíře. Jejich vzhled v křemíku by se měl očekávat příští rok.

Moderní procesory držitele licence ARM založené na Cortex-A9:

x86 je hlavním uchazečem

x86 je zástupcem architektur CISC. Používají celou sadu příkazů. Jedna instrukce v tomto případě provádí několik nízkoúrovňových operací. Programový kód je na rozdíl od ARM kompaktnější, ale nespouští se tak rychle a vyžaduje více zdrojů. Kromě toho byly od samého začátku x86 vybaveny všemi potřebnými bloky, což implikovalo jak jejich všestrannost, tak obžerství. Další energie byla vynaložena na bezpodmínečné paralelní provádění příkazů. To umožňuje dosáhnout rychlostní výhody, ale některé operace jsou prováděny marně, protože nesplňují předchozí podmínky.

Byly to klasické x86, ale počínaje 80486 Intel de facto vytvořil vnitřní RISC jádro, které provádělo instrukce CISC, dříve rozložené na jednodušší instrukce. Moderní procesory Intel a AMD mají stejný design.

Windows 8 a ARM

ARM a x86 se dnes liší před méně než 30 lety, ale stále jsou založeny na jiných principech, což je rozděluje do různých výklenků na trhu procesorů. Architektury by se možná nikdy neprotnuly, kdyby se nezměnil samotný počítač.

Na prvním místě byla mobilita a hospodárnost, větší pozornost byla věnována chytrým telefonům a tabletům. Apple vydělává spoustu peněz z mobilních zařízení a infrastruktury s nimi spojené. Microsoft nechce zůstat pozadu a už druhým rokem se snaží prosadit na trhu tabletů. Google je docela úspěšný.

Stolní PC se stává především pracovním nástrojem, výklenek domácího počítače zabírají tablety a specializovaná zařízení. V těchto podmínkách se Microsoft chystá udělat bezprecedentní krok. . Zatím není zcela jasné, k čemu to povede. Dostaneme dvě verze operačního systému, případně takovou, která bude pracovat s oběma architekturami. Zabije podpora ARM od Microsoftu x86 nebo ne?

Informací je zatím málo. Microsoft během CES 2011 předvedl Windows 8 běžící na zařízení s procesorem ARM. Steve Ballmer ukázal, že na platformě ARM pomocí Windows můžete sledovat videa, pracovat s obrázky, surfovat po internetu - Internet Explorer dokonce pracoval s hardwarovou akcelerací - připojit USB- zařízení, tisknout dokumenty. Nejdůležitější na tomto demu byla přítomnost Microsoft Office běžící na ARM bez účasti virtuálního stroje. Na prezentaci byly ukázány tři gadgety založené na procesorech od Qualcommu, Texas Instruments a NVIDIA. Windows měl standardní „sedmičkový“ shell, ale zástupci Microsoftu oznámili nové přepracované jádro systému.

Windows však není jen operační systém vytvořený inženýry Microsoftu, jsou to také miliony programů. Některý software je kritický pro lidi v mnoha profesích. Například balíček Adobe CS. Bude společnost podporovat verzi softwaru pro ARM-Windows, nebo nové jádro umožní Photoshopu a dalším populárním aplikacím běžet na počítačích s NVIDIA Tegra nebo jinými podobnými čipy bez dalších úprav kódu?

Kromě toho vyvstává otázka s grafickými kartami. V dnešní době jsou grafické karty pro notebooky vyráběny optimalizací spotřeby desktopových grafických čipů - jsou architektonicky stejné. Zároveň je nyní grafická karta něco jako „počítač v počítači“ – má vlastní ultra rychlou RAM a vlastní výpočetní čip, který ve specifických úlohách výrazně převyšuje běžné procesory. Samozřejmostí je, že aplikace, které pracují s 3D grafikou, byly pro ně patřičně optimalizovány. Hardwarovou akceleraci pomocí GPU využívají i různé programy na úpravu videa a grafické editory (zejména Photoshop od verze CS4) a v poslední době i prohlížeče.

V systémech Android, MeeGo, BlackBerry OS, iOS a dalších mobilních systémech byla samozřejmě provedena nezbytná optimalizace pro různé mobilní (přesněji ultramobilní) akcelerátory na trhu. Nejsou však podporovány ve Windows. Ovladače samozřejmě budou napsány (a již byly napsány - procesory Intel Atom řady Z500 jsou dodávány s čipovou sadou, která integruje grafické jádro „smartphonu“ PowerVR SGX 535), ale optimalizace aplikací pro ně může být opožděná, pokud vůbec .

Je zřejmé, že „ARM na ploše“ se opravdu neuchytí. Možná v systémech s nízkou spotřebou, na kterých budou mít přístup k internetu a sledovat filmy. Na nettopech obecně. ARM se tedy zatím pouze snaží zacílit na výklenek, který obsadil Intel Atom a kam se AMD nyní aktivně prosazuje se svou platformou Brazos. A zřejmě se jí to částečně podaří. Pokud tedy obě zpracovatelské firmy nepřijdou s něčím hodně konkurenčním.

Na některých místech si již konkurují Intel Atom a ARM. Používají se k vytváření síťových datových úložišť a nízkoenergetických serverů, které mohou sloužit malé kanceláři nebo bytě. Existuje také několik komerčních projektů clusterů založených na cenově výhodných čipech Intel. Vlastnosti nových procesorů založených na ARM Cortex-A9 umožňují jejich použití pro podporu infrastruktury. Za pár let se tak možná dočkáme ARM serverů nebo ARM-NAS pro malé lokální sítě a nelze vyloučit ani vznik webserverů s nízkou spotřebou.

První sparing

Hlavním konkurentem ARM ze strany x86 je Intel Atom a nyní můžeme přidat . Porovnání x86 a ARM provedl Van Smith, který vytvořil OpenSourceMark, testovací balíčky miniBench a jeden ze spoluautorů SiSoftware Sandra. „Závodu“ se zúčastnil Atom N450, Freescale i.MX515 (Cortex-A8), VIA Nano L3050. Frekvence čipů x86 byly sníženy, ale stále měly výhodu díky pokročilejší paměti.

Výsledky se ukázaly být velmi zajímavé. Ukázalo se, že čip ARM je v celočíselných operacích stejně rychlý jako jeho konkurenti a přitom spotřebovává méně energie. Není zde nic překvapivého. Zpočátku byla architektura poměrně rychlá a ekonomická. V operacích s pohyblivou řádovou čárkou byl ARM horší než x86. Vliv zde měla tradičně výkonná FPU jednotka nacházející se v čipech Intel a AMD. Připomeňme, že se v ARMu objevil relativně nedávno. Úkoly, které spadají na FPU, zaujímají významné místo v životě moderního uživatele - jedná se o hry, kódování videa a zvuku a další streamovací operace. Testy provedené Van Smithem už dnes samozřejmě nejsou tak aktuální. ARM výrazně posílil slabiny své architektury ve verzích Cortex-A9 a zejména Cortex-A15, které například již umí bezpodmínečně provádět instrukce a paralelizovat řešení problémů.

Vyhlídky pro ARM

Jakou architekturu si tedy nakonec vybrat, ARM nebo x86? Nejsprávnější by bylo vsadit na obojí. Dnes žijeme v podmínkách přeformátování počítačového trhu. V roce 2008 se předpovídala světlá budoucnost netbooků. Levné kompaktní notebooky se měly stát hlavním počítačem pro většinu uživatelů, zejména na pozadí celosvětové krize. Pak se ale ekonomika začala vzpamatovávat a objevil se iPad. Nyní jsou tablety prohlášeny za krále trhu. Tablet je však dobrý jako zábavní konzole, ale není příliš vhodný pro práci, primárně kvůli dotykovému vstupu - napsat tento článek na iPadu by bylo velmi obtížné a zdlouhavé. Obstojí tablety ve zkoušce času? Snad za pár let přijdeme s novou hračkou.

Ale přesto v mobilním segmentu, kde není vyžadován vysoký výkon a činnost uživatelů je omezena hlavně na zábavu a nesouvisí s prací, vypadá ARM lépe než x86. Poskytují přijatelnou úroveň výkonu a také dlouhou výdrž baterie. Pokusy Intelu dovést Atom k uskutečnění byly zatím neúspěšné. ARM nastavuje nové měřítko pro výkon na watt. S největší pravděpodobností bude ARM úspěšný v kompaktních mobilních gadgetech. Mohou se také stát lídry na trhu netbooků, ale zde vše nezávisí ani tak na vývojářích procesorů, ale na Microsoftu a Googlu. Pokud první implementuje běžnou podporu ARM ve Windows 8 a druhý přinese Chrome OS k realizaci. Chytré knihy nabízené Qualcommem se zatím na trh neprosadily. Netbooky založené na x86 přežily.

Podle ARM by v tomto směru měla udělat průlom architektura Cortex-A15. Společnost doporučuje dvoujádrové a čtyřjádrové procesory na něm založené s frekvencí 1,0-2,0 GHz pro systémy domácí zábavy, které budou kombinovat přehrávač médií, 3D televizi a internetový terminál. Čtyřjádrové čipy s frekvencí 1,5-2,5 GHz se mohou stát základem domácích a webových serverů. A konečně, nejambicióznějším případem použití pro Cortex-A15 je infrastruktura bezdrátové sítě. Zde lze použít čipy se čtyřmi a více jádry a frekvencí 1,5-2,5 GHz.

Ale zatím jsou to jen plány. Cortex-A15 byl představen společností ARM v září loňského roku. Cortex-A9 společnost ukázala v říjnu 2007, o dva roky později představila variantu A9 se schopností zvýšit frekvenci čipů na 2,0 GHz. Pro srovnání, NVIDIA Tegra 2 - jedno z nejpopulárnějších řešení založené na Cortex-A9 - bylo vydáno teprve v lednu loňského roku. Uživatelé si první gadgety založené na něm mohli osahat po dalších šesti měsících.

Segment pracovních počítačů a vysoce výkonná řešení zůstanou u x86. Nebude to znamenat smrt architektury, ale v peněžním vyjádření by se Intel a AMD měly připravit na ztrátu části příjmů, které přijdou výrobcům ARM procesorů.

Ahoj naši milí čtenáři. Dnes si povíme o architektuře procesoru Cortex a53.

Ani si neuvědomujete, kolik vašich gadgetů díky tomuto procesoru funguje. Málokdo ví o vlastnostech technologických jader a o tom, co je od sebe odlišuje. V tomto článku se dozvíte o funkcích konkrétního populárního Cortex a53.

Charakteristika

Tyto procesory mohou mít od 1 do 8 jader, paměťový systém L1 a sdílenou mezipaměť L2. Abyste pochopili, co odlišuje hlavní součást téměř veškerého vybavení tohoto modelu od ostatních, musíte znát jeho výhody:

• Vysoký výkon (podporuje širokou škálu mobilních aplikací, DTV, letecká vozidla, úložiště a další podobná zařízení);
• Vysoce kvalitní architektura Army8-A pro základní samostatné návrhy;
• Univerzálnost (lze spárovat s libovolnými procesory, např. Cortex-A72, Cortex-A57 a dalšími);
• Kvalitní výrobek s velkou nosností.

To jsou hlavní přednosti tohoto produktu, ale ne všechny jeho přednosti. Jádro této značky plní mnoho funkcí:

• Podporuje až 64bit a nejnovější verze architektury;
• bezpečnostní technologie TrustZone;
• rozšíření DSP a SIMD;
• 8stupňový dopravník se dvěma výstupy a vylepšeným celým číslem;
• Může pracovat na frekvencích od 1,5 GHz;
• Podpora hardwarové virtualizace.

Toto je standardní sada funkcí pro tuto technickou součást, ale to nejsou všechny funkce, které tento složitý mechanismus vykonává.

Kde se nejčastěji používá?

Procesory tohoto typu najdeme nejen ve smartphonech střední třídy (Xiaomi redmi 4, Redmi 3s, Meizu m3/m5 Note atd.), ale také v následujících technologiích:

• Letecké inženýrství;
• Síť;
• Ukládání dat (jako HDD, SDD);
• Informační a zábavní systém automobilu;

Další funkce

• Potrubí, které je odpovědné za nízkou spotřebu energie;
• Vysoká propustnost, která umožňuje provádět více příkazů současně;
• Pokročilé funkce pro úsporu energie.

Procesor je spojen s různými IP adresami

Tato technika se používá v SoC stejně jako v technologiích Arm, Graphics IP, System IP a Physical IP. Poskytujeme vám kompletní seznam nástrojů, které lze použít s jádrem této značky :

• Mali-T860/Mali-T880;
• Mali-DP550;
• Mali-V550;
• CoreLink;
• řadič paměti;
• Ovladač přerušení;
• Vývojové studio DS-5;
• kompilátor ARM;
• Vývojové desky;
• Rychlé modely.

Existují 2 typy procesorů Cortex a53:

• AArch64 – umožňuje instalovat a používat 64bitové aplikace;
• AArch32 – umožňuje používat pouze existující aplikace Armv7-A.

Proč potřebujete všechny tyto technické informace?

Pokud nerozumíte ničemu o technologii a vlastnostech, pak zjednodušeně řečeno, Cortex a53 poskytuje mnohem vyšší výkon než jeho předchůdci s vyšší úrovní energetické účinnosti. Výkon jádra je ještě vyšší než u značky Cortex-A7, kterou najdeme na mnoha populárních smartphonech.

Architektura Armv8-A je to, co určuje funkčnost technologií. Tato značka jádra má 64bitové zpracování dat, rozšířené virtuální adresování a 64bitové registry pro všeobecné použití. Všechny tyto vlastnosti učinily tento procesor prvním, který byl navržen speciálně pro poskytování energeticky efektivního 64bitového zpracování.

Chápete tedy, že procesor Cortex a53 je přesně ta technická součást, kterou byste při výběru vybavení neměli přeskočit. Pokud má váš smartphone takový procesor využívající tuto architekturu, nemusíte se bát, že vám dojde paměť nebo se vám telefon rychle vybije. Všechny tyto problémy jsou minulostí.

Doufáme, že náš článek byl pro vás užitečný. Pokud ano, přihlaste se k odběru našich skupin na sociálních sítích a zůstaňte naladěni na nové články, které se vám mohou také hodit. Nezapomeňte na náš kanál YouTube.

Byl tam s vámi web

Zrovna nedávno (před 10 lety) byly na trhu spotřebitelských procesorů tři architektury a všechny byly víceméně dobře odděleny: procesory ARM byly instalovány do mobilních zařízení, kde byla důležitá výdrž baterie, procesory x86 byly instalovány do zařízení s Windows a Apple navzdory Intelu používal ve svých zařízeních procesory založené na architektuře PowerPC (i když víme, že se k x86 přesto „proplížil“). V tuto chvíli však na trhu pro zakázkové procesory zbývají pouze dvě architektury – PowerPC vypadl ze závodu a poměrně nedávno: poslední zařízení na této architektuře, PlayStation 3, se přestalo vyrábět teprve před pár týdny. Navíc stále více uniká, že na ARM procesorech bude možné provozovat plnohodnotná Windows a na druhou stranu Android skvěle funguje s x86 procesory počínaje verzí 4.0. To znamená, jak vidíme, rozdíl mezi těmito architekturami se v očích uživatelů stále více stírá a v tomto článku zjistíme, proč se to děje.

architektura x86

Nejprve si definujme, co je architektura. Zjednodušeně řečeno, z pohledu programátora je architektura procesoru jeho kompatibilita se specifickou sadou instrukcí, které lze použít při psaní programů a jsou hardwarově implementovány pomocí různých kombinací procesorových tranzistorů.


Procesory x86 jsou postaveny na architektuře CISC (Complex Instruction Set Computing, procesory s plnou sadou instrukcí) - to znamená, že procesor implementuje maximální počet instrukcí, což na jedné straně zjednodušuje psaní programů a snižuje jejich hmotnost a na druhou stranu procesor prakticky nelze vytížit na 100 %.

Prvním x86 procesorem byl Intel 8086, první 16bitový procesor od Intelu pracující na frekvenci až 10 MHz a vydaný v roce 1978. Procesor se ukázal jako extrémně populární a vyráběl se až do roku 1990 a všechny následující procesory s ním začaly být kompatibilní. Nejprve se tato kompatibilita ukázala jako konec názvu procesoru s 86, ale později, s vydáním Pentia, se rozhodli architekturu nazvat x86.

V roce 1985 byl vydán procesor i386, který se stal prvním 32bitovým procesorem od Intelu, a v roce 1989 Intel vydal první skalární procesor i486 – tento procesor mohl provádět jednu operaci za takt. Později, s vydáním Pentia v roce 1993, se procesory Intel staly superskalárními, to znamená, že se naučily provádět několik operací v jednom hodinovém cyklu a superpipeline, to znamená, že měly dvě výpočetní potrubí. To ale nebylo vše – ve skutečnosti všechny procesory Intel, počínaje i486DX, jsou CISC procesory s jádrem RISC (Reduced Instruction Set Computer, procesory s redukovanou instrukční sadou): v mikroprocesoru je zabudován hardwarový překladač, který je převedeny na CISC bezprostředně před provedením – instrukce procesorů x86 na jednodušší sadu interních instrukcí RISC, zatímco jedna instrukce x86 může generovat několik instrukcí RISC.

Od té doby se nic moc nezměnilo – ano, rostl počet pipeline, rostl počet operací na takt, procesory se staly vícejádrovými a 64bitovými, ale až dosud jsou všechna řešení od Intelu a AMD superpipeline superskalární mikroprocesory postavené na architektuře CISC s jádrem RISC.

Architektura ARM

Architektura ARM se objevila později než x86, v roce 1986 s vydáním procesoru ARM2. Cílem jeho vývoje byla maximalizace optimalizace a snížení počtu tranzistorů – například v zátěži procesor x86 pak využíval sotva 30 % počtu všech tranzistorů, všechny ostatní byly prostě nečinné. ARM proto vyvinul svůj vlastní čip na architektuře RISC, který nazvali ARM2 - měl pouze 30 000 tranzistorů (ve srovnání s 275 tisíci tranzistorů v tehdy aktuálním i386) a neměl cache (což bylo obecně normou pro procesory pak - cache je možné, bylo nutné zakoupit a dodat samostatně), ale i mikroprogram jako takový - mikrokód byl proveden jako každý jiný strojový kód, převedením na jednoduché instrukce:


Díky tomu, že počet tranzistorů v ARM procesorech je výrazně menší než u x86, dostáváme, že i jejich odvod tepla je výrazně nižší. Ale na druhou stranu, díky zjednodušené architektuře je výkon ARM také výrazně nižší než u x86.

Později byla do ARM přidána také podpora pro superskalaritu a superpipelining; procesory se staly vícejádrovými a před několika lety se staly 64bitovými. Výsledkem jsou moderní řešení od ARM superpipeline superskalární mikroprocesory postavené na architektuře RISC.

Výsledky

V důsledku toho vidíme dva extrémy: x86 jsou výkonná řešení nabitá instrukcemi, která dokážou s dobrou rychlostí provést naprosto jakýkoli úkol. Ale musíte za to zaplatit zvýšenou tvorbou tepla. ARM jsou naproti tomu jednoduché procesory s výrazně menší instrukční sadou, takže provádění mnoha vážných úkolů na nich nedává vzhledem k pomalosti procesu příliš smysl. Ale zároveň je produkce tepla nízká. Nejdůležitější však je, že obě architektury podporují instrukce RISC, což znamená, že na obou architekturách lze provozovat stejný OS, což vidíme v případě Androidu, Linuxu a Windows, a to znamená, že v budoucnu bude rozdíl mezi x86 a ARM bude více rozmazaný.

Každý, kdo se zajímá o mobilní technologie, jistě slyšel jméno ARM. Mnozí tuto zkratku chápou jako typ procesoru pro chytré telefony a tablety, jiní upřesňují, že se vůbec nejedná o procesor, ale o jeho architekturu. A jistě málokdo se ponořil do historie vzniku ARM. V tomto článku se pokusíme pochopit všechny tyto nuance a řekneme vám, proč moderní gadgety potřebují procesory ARM.

Krátký exkurz do historie

Při hledání „ARM“ dává Wikipedia pro tuto zkratku dva významy: Acorn RISC Machine a Advanced RISC Machines. Začněme popořadě. V 80. letech 20. století byla ve Velké Británii založena společnost Acorn Computers, která zahájila svou činnost tvorbou osobních počítačů. V té době byl žalud také nazýván „britským jablkem“. Rozhodující období pro společnost nastalo na konci 80. let, kdy její hlavní inženýr využil rozhodnutí dvou místních absolventů univerzity přijít s novým druhem architektury procesoru RISC (Reduced Instruction Set). Tak se objevil první počítač založený na procesoru Acorn Risc Machine. Úspěch na sebe nenechal dlouho čekat. V roce 1990 Britové uzavřeli dohodu s Apple a brzy začali pracovat na nové verzi čipové sady. Vývojový tým nakonec vytvořil společnost s názvem Advanced RISC Machines, inspirovanou procesorem. Čipy s novou architekturou se také staly známými jako Advanced Risc Machine nebo zkráceně ARM.

Od roku 1998 se Advanced Risc Machine stal známým jako ARM Limited. V současné době se společnost nezabývá výrobou a prodejem vlastních procesorů. Hlavní a jedinou činností ARM Limited je vývoj technologií a prodej licencí různým společnostem k využití architektury ARM. Někteří výrobci kupují licenci na hotová jádra, jiní kupují tzv. „architektonickou licenci“ na výrobu procesorů s vlastními jádry. Mezi takové společnosti patří Apple, Samsung, Qualcomm, nVidia, HiSilicon a další. Podle některých zpráv vydělá ARM Limited na každém takovém procesoru 0,067 $. Toto číslo je průměrné a také zastaralé. Každým rokem je v čipových sadách více a více jader a nové vícejádrové procesory překonávají zastaralé modely v nákladech.

Technické vlastnosti čipů ARM

Existují dva typy moderních architektur procesorů: CISC(Complex Instruction Set Computing) a RISC(Redukovaná instrukční sada Computing). Architektura CISC zahrnuje rodinu procesorů x86 (Intel a AMD) a architektura RISC zahrnuje rodinu ARM. Hlavním formálním rozdílem mezi RISC a CISC a tedy i x86 od ARM je redukovaná instrukční sada používaná v RISC procesorech. Například každá instrukce v architektuře CISC je transformována do několika RISC instrukcí. Procesory RISC navíc využívají méně tranzistorů a tím pádem i méně energie.

Hlavní prioritou procesorů ARM je poměr výkonu a spotřeby energie. ARM má vyšší poměr výkonu na watt než x86. Potřebný výkon můžete získat z 24 jader x86 nebo ze stovek malých jader ARM s nízkou spotřebou. Samozřejmě ani ten nejvýkonnější procesor založený na architektuře ARM nebude nikdy výkonově srovnatelný s Intel Core i7. Stejný Intel Core i7 ale potřebuje aktivní chladicí systém a nikdy se nevejde do pouzdra na telefon. Zde ARM nemá konkurenci. Na jednu stranu to vypadá jako atraktivní možnost, jak postavit superpočítač využívající milion ARM procesorů místo tisíce x86 procesorů. Na druhou stranu nelze obě architektury jednoznačně srovnávat. V některých ohledech bude mít ARM výhodu a v jiných bude mít x86 výhodu.

Nazývat čipy architektury ARM procesory však není úplně správné. Kromě několika procesorových jader obsahují i ​​další komponenty. Nejvhodnější termín by byl „jednočip“ nebo „systém na čipu“ (SoC). Moderní jednočipové systémy pro mobilní zařízení zahrnují řadič RAM, grafický akcelerátor, video dekodér, audio kodek a moduly bezdrátové komunikace. Jak již bylo zmíněno dříve, jednotlivé komponenty čipové sady mohou být vyvinuty výrobci třetích stran. Nejnápadnějším příkladem toho jsou grafická jádra, která kromě ARM Limited (Mali grafika) vyvíjejí Qualcomm (Adreno), NVIDIA (GeForce ULP) a Imagination Technologies (PowerVR).

V praxi to vypadá takto. Většina levných mobilních zařízení Android je dodávána s čipovými sadami vyrobenými společností MediaTek, který se téměř bez výjimky řídí pokyny ARM Limited a doplňuje je o jádra Cortex-A a grafiku Mali (méně často PowerVR).

A-značky často používají vyrobené čipové sady pro svá vlajková zařízení Qualcomm. Mimochodem, nejnovější čipy Qualcomm Snapdragon (,) jsou vybaveny zcela zakázkovými jádry Kryo pro centrální procesor a Adreno pro grafický akcelerátor.

Ohledně Jablko, pak pro iPhone a iPad společnost používá vlastní čipy řady A s grafickým akcelerátorem PowerVR, které vyrábí společnosti třetích stran. Má tedy 64bitový čtyřjádrový procesor A10 Fusion a grafický procesor PowerVR GT7600.

Architektura rodiny procesorů je v době psaní považována za relevantní ARMv8. Jako první použil 64bitovou instrukční sadu a podporu více než 4 GB RAM. Architektura ARMv8 je zpětně kompatibilní s 32bitovými aplikacemi. V současnosti je nejefektivnější a nejvýkonnější procesorové jádro vyvinuté společností ARM Limited Cortex-A73 a většina výrobců SoC jej používá beze změny.

Cortex-A73 poskytuje o 30 % vyšší výkon než Cortex-A72 a podporuje plnou architekturu ARMv8. Maximální frekvence jádra procesoru je 2,8 GHz.

Rozsah použití ARM

Největší slávu ARM přinesl vývoj mobilních zařízení. V předvečer masové výroby smartphonů a dalšího přenosného zařízení přišly vhod energeticky nenáročné procesory. Vývoj ARM Limited vyvrcholil v roce 2007, kdy britská společnost obnovila partnerství s Apple a o něco později tým Cupertina představil svůj první iPhone s procesorem založeným na architektuře ARM. Následně se jednočipový systém založený na architektuře ARM stal nezměněnou součástí téměř všech smartphonů na trhu.

Portfolio ARM Limited se neomezuje pouze na jádra rodiny Cortex-A. Ve skutečnosti pod značkou Cortex existují tři řady procesorových jader, které jsou označeny písmeny A, R, M. Core family Cortex-A, jak již víme, je nejmocnější. Používají se především v chytrých telefonech, tabletech, TV set-top boxech, satelitních přijímačích, automobilových systémech a robotice. Procesorová jádra Cortex-R optimalizované pro provádění vysoce výkonných úkolů v reálném čase, takže takové čipy se nacházejí v lékařském vybavení, autonomních bezpečnostních systémech a paměťových médiích. Hlavní úkol rodiny Cortex-M je jednoduchost a nízká cena. Technicky jde o nejslabší procesorová jádra s nejnižší spotřebou. Procesory založené na takových jádrech se používají téměř všude tam, kde je od zařízení vyžadován minimální výkon a nízké náklady: senzory, ovladače, alarmy, displeje, chytré hodinky a další zařízení.

Obecně platí, že většina moderních zařízení od malých po velká, která vyžadují CPU, používají čipy ARM. Obrovským plusem je fakt, že architekturu ARM podporuje mnoho operačních systémů na platformě Linux (včetně Androidu a Chrome OS), iOS a Windows (Windows Phone).

Konkurence na trhu a vyhlídky do budoucna

Stojí za to si uvědomit, že v současné době nemá ARM žádné vážné konkurenty. A celkově je to způsobeno tím, že společnost ARM Limited se v určité době rozhodla správně. Na samém začátku své cesty ale firma vyráběla procesory pro PC a dokonce se snažila konkurovat Intelu. Poté, co ARM Limited změnila směr svých aktivit, měla také těžké časy. Softwarový monopolista zastoupený společností Microsoft poté, co uzavřel smlouvu o partnerství s Intelem, nenechal žádnou šanci pro ostatní výrobce, včetně ARM Limited - Windows prostě nefungoval na systémech s procesory ARM. Bez ohledu na to, jak paradoxní to může znít, nyní se situace může dramaticky změnit a OS Windows je již připraven podporovat procesory na této architektuře.

Po úspěchu čipů ARM se Intel pokusil vytvořit konkurenceschopný procesor a vstoupil na trh s čipem Intel Atom. Trvalo jí to mnohem déle než ARM Limited. Čipset vstoupil do výroby v roce 2011, ale jak se říká, vlak už jel. Intel Atom je procesor CISC s architekturou x86. Inženýři společnosti dosáhli nižší spotřeby energie než u ARM, ale v současné době se různý mobilní software špatně přizpůsobuje architektuře x86.

V loňském roce Intel opustil několik klíčových rozhodnutí v dalším vývoji mobilních systémů. V podstatě společnost pro mobilní zařízení, protože se stala nerentabilní. Jediným velkým výrobcem, který vybavil své smartphony čipsety Intel Atom, byl ASUS. Intel Atom se však stále široce používal v netboocích, nettopech a dalších přenosných zařízeních.

Postavení ARM Limited na trhu je jedinečné. V současné době téměř všichni výrobci využívají jeho vývoj. Společnost však nemá vlastní továrny. To mu nebrání stát na stejné úrovni jako Intel a AMD. Historie ARM zahrnuje další zajímavý fakt. Je možné, že technologie ARM by nyní mohla patřit společnosti Apple, která stála v srdci vzniku ARM Limited. Je ironií, že v roce 1998 obyvatelé Cupertina, zažívající časy krize, prodali svůj podíl. Nyní je Apple nucen spolu s dalšími společnostmi koupit licenci na procesory ARM používané v iPhonech a iPadech.

V dnešní době jsou procesory ARM schopny provádět vážné úkoly. V blízké budoucnosti se budou používat zejména na serverech, datová centra Facebook a PayPal už taková řešení mají. V éře rozvoje internetu věcí (IoT) a zařízení pro chytrou domácnost se čipy ARM staly ještě žádanějšími. Takže to nejzajímavější pro ARM teprve přijde.

Odpověď je pro aplikace se zvýšenou funkční bezpečností. K tomu se používají minimálně jádra ARM Cortex-R ve vysoce výkonných „real-time“ mikrokontrolérech od Texas Instruments.

Přestože jsou procesory Cortex-R z hlediska instrukční sady téměř zcela kompatibilní s procesory Cortex-A a Cortex-M, stále jsou mezi nimi značné rozdíly. Zejména jádro Cortex-R nabízí vyšší výkon než Cortex-M a zároveň je schopno provádět deterministické operace, kterých je na aplikačních procesorech Cortex-A obtížné dosáhnout. Výkonově tedy Cortex-R spadá mezi Cortex-M a Cortex-A, ale zároveň může být použit jak v mikrokontrolérech, tak v procesorech.

Jádro Cortex-R je postaveno na architektuře Harvard a poskytuje vysoké takty díky 8-stupňovému pipeline a superskalárnímu provádění instrukcí. Hardwarové instrukce SIMD umožňují vysoce výkonné digitální zpracování signálu a zpracování médií. Cortex-M také obsahuje funkce zvyšující výkon, jako je prefetcher instrukcí, prediktor větví a hardwarový rozdělovač. Tyto architektonické komponenty pomáhají procesorům Cortex-R4 a Cortex-R5 dosáhnout vysokého výkonu DMIPS/MHz. Další zajímavou vlastností jádra Cortex-R je, že potrubí s plovoucí desetinnou čárkou vyhovující standardu IEEE-754 podporuje formáty s jednoduchou přesností (32bitové) i s dvojitou přesností (64bitové) a běží paralelně s plovoucí desetinnou čárkou. čísla pevných bodů.

S nízkolatenční pamětí pevně spojenou s procesorem dochází k reakcím na události v reálném čase co nejrychleji a zpracování přerušení se provádí co nejrychleji. Tyto schopnosti spolu s vysokým výkonem a determinismem jádra Cortex-R pomáhají splnit požadavky aplikací v reálném čase, které také vyžadují funkční bezpečnost.

Pokud pracujete v odvětví bezpečnosti a spolehlivosti zařízení, pravděpodobně jste slyšeli o funkční bezpečnosti programovatelných elektronických součástek a první, která vás může napadnout, je IEC 61508. Jedná se o hlavní mezinárodní bezpečnostní standard, který existuje již přibližně 20 let a je dodržován v mnoha průmyslových odvětvích. Funkční bezpečnost je zajištěna v dopravě (letecký, železniční a automobilový průmysl), průmyslu, medicíně, obnovitelné energii a dalších oblastech. Tato průmyslová odvětví buď vyvinula své vlastní bezpečnostní normy, nebo upravila mezinárodní normy, jako je IEC 61508. Za zvláštní zmínku stojí, že automobilový průmysl přijal v roce 2012 vlastní normu funkční bezpečnosti ISO 26262.

Co je tedy dobrého na Cortex-R z hlediska funkční bezpečnosti? Především unikátní konfigurační funkce, které umožňují opravu chyb. Tyto funkce jsou možnosti, které ARM zabudoval přímo do jádra, které zahrnují funkce detekce a opravy chyb, ochranu systému sběrnice a paměti L1, uživatelské a privilegované softwarové režimy s jednotkou ochrany paměti (MPU) a podporu dvoujádrové konfigurace Krok (DCLS).

Co je DCLS a proč je potřeba? Pokud jste softwarový inženýr pracující na projektu, který vyžaduje, aby zařízení fungovalo spolehlivě a bezpečně, DCLS vám výrazně usnadní život. To je zvláště užitečné, pokud používáte dva mikrokontroléry nebo dvě nezávislá jádra k diagnostice chyb v jednom jádru.

Při práci s nezávislým jádrem existuje několik specifických problémů. Nejprve musíte napsat "extra" kód pro každý mikrokontrolér, který bude monitorovat jiný mikrokontrolér. Za druhé, nyní musíte tento kód učinit hlavní součástí vašeho modulu zabezpečení systému, to znamená, že musíte v každém řádku tohoto kódu uvést spolehlivost a bezpečnost dalšího provozu. S DCLS se tento „extra“ kód a potřeba jeho zabezpečení stávají minulostí. Vývojář samozřejmě musí ještě napsat spoustu řádků kódu souvisejícího se zabezpečením, ale tento mechanismus mu stále usnadňuje život.

Pro snadnější pochopení lze mechanismus DCLS chápat jako kombinaci hlavního procesoru a ověřovacího modulu. Z pohledu programátora se programování takového systému nebude lišit od programování běžného jednojádrového mikrokontroléru. Druhé jádro, tedy ověřovací modul, spolu s porovnávací logikou vykonává práci výše popsaného „extra“ kódu a mnoho dalšího. Srovnávací logika dokáže detekovat chybu během několika cyklů procesoru, zatímco diskrétnímu jádru to může trvat stovky nebo dokonce tisíce cyklů. Proto je DCLS mnohem rychlejší při zjišťování chyb a může ušetřit drahocenný čas při vývoji spolehlivého kódu.