ARM big.LITTLE系統技術(shù)應用

　　摘要：詳述了ARM首款big.LITTLE系統。利用完全一致的系統結合Cortex-A15以及Cortex-A7，因而在現有的高性能移動(dòng)平臺以外開(kāi)啟了全新的可能。

　　對于未來(lái)任何一種處理器，處理速度都將因為受限于散熱問(wèn)題而無(wú)法大幅躍進(jìn)。設備一旦達到熱障(thermal barrier)就會(huì )熔化，如果是移動(dòng)電話(huà)，便會(huì )使設備的溫度上升造成用戶(hù)不適。除了物理層面的散熱問(wèn)題外，能源效率也相當差。若調校處理器使其速度加快，則所需耗能便會(huì )呈指數數增長(cháng)，而為了增加最后一丁點(diǎn)的性能需要付出的成本非常高。過(guò)去，尺寸倍增代表著(zhù)速度翻倍，但如今，面積倍增，速度卻只增加幾個(gè)百分點(diǎn)，因此復雜度并不代表有效率，而這就是單一核心系統有所限制的原因之一。

　　如果無(wú)法加快單一核心的速度，那么就必須增加獨立核心的數量。這也有助于每個(gè)核心去應對其被分配到的任務(wù)需求，而這也就是ARM big.LITTLE(大小核)處理器技術(shù)的貢獻所在。

　　big.LITTLE處理器技術(shù)要解決業(yè)界目前最嚴峻的挑戰：通過(guò)提升性能和延長(cháng)電池續航時(shí)間來(lái)拓展消費者“始終在線(xiàn)、始終連接”的互聯(lián)移動(dòng)體驗。這種技術(shù)之所以能達成上述目標，是通過(guò)結合一個(gè)大(big)的多核心處理器與一個(gè)小(LITTLE)的多核心處理器，然后根據性能需求，以無(wú)縫的方式針對不同任務(wù)選擇合適的處理器。更重要的是這種動(dòng)態(tài)選擇的動(dòng)作，對于上層應用軟件或中間件在處理器上的執行絲毫沒(méi)有任何影響。

　　目前已應用于市面上移動(dòng)設備的 的big.LITTLE設計，結合了高性能Cortex-A15多處理器集群與具有節能特色的Cortex-A7多處理器集群。這些處理器在架構上是百分之百兼容且具有相同功能(均支持LPAE、虛擬化擴充及NEON、VFP之類(lèi)的運作單元)，無(wú)須另外調整即可讓針對其中一種處理器類(lèi)型所編譯的軟件應用程序順暢地應用于另一款處理器上。

　　big.LITTLE 系統結構

　　就高速緩存一致性(cache coherency)的維護而言，無(wú)論是同一處理器集群中的高速緩存、或是跨不同處理器集的高速緩存，皆保持了高速緩存數據的一致性。這種跨集群的一致性來(lái)自ARM CoreLink高速緩存一致性互連(CCI-400，也能提供ARM Mali-T604之類(lèi)的圖形處理器﹝GPU﹞系統等組件的I/O一致性)。兩種集群的中央處理器，還可通過(guò)CoreLink GIC-400之類(lèi)的共享中斷控制器互傳信號。

　　big.LITTLE 系統執行模式

　　由于同一應用程序不需要任何修改就可以同時(shí)在Cortex-A7和Cortex-A15上運行，因此可以在隨機的情況下也能為某個(gè)應用程序選擇正確的處理器。下列執行模式便以此理論為基礎：

　　● big.LITTLE轉移模式;
　　● big.LITTLE MP模式。

　　顧名思義，轉移模式支持不同類(lèi)型處理器之間的內容獲取和恢復。以中央處理器轉移來(lái)說(shuō)，集群中每個(gè)中央處理器在另一個(gè)集群中都有對應的中央處理器，而軟件內容則以每個(gè)中央處理器為單位，隨機在不同的集群間轉移。如果集群中沒(méi)有正在運轉中的中央處理器，便可關(guān)閉整個(gè)集群以及相關(guān)的二級緩存(L2 cache)電源。MP模式則將軟件堆棧分配到兩個(gè)集群中各個(gè)處理器上。所有的中央處理器可同時(shí)運作，將系統性能提升到最高點(diǎn)。

　　big.LITTLE 轉移模式

　　轉移模式是動(dòng)態(tài)電壓頻率調整(DVFS)等功耗/性能管理技術(shù)的延伸。轉移操作類(lèi)似DVFS操作點(diǎn)的轉換。處理器上DVFS曲線(xiàn)的操作點(diǎn)，會(huì )隨負載變化不同而來(lái)回移動(dòng)。在當前的處理器(或集群)已達到最高操作點(diǎn)時(shí)，如果軟件堆棧仍需要更高的性能，處理器(或集群)轉移就會(huì )發(fā)生。此時(shí)就會(huì )由另一個(gè)處理器(或集群)來(lái)執行工作，這個(gè)處理器(或集群)的操作點(diǎn)也會(huì )隨著(zhù)負載變化不同而來(lái)回變動(dòng)。當性能需求不再，可以再切換回之前的處理器(或集群)。