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Cortex-Rシリーズ

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ARM Cortex®-Rリアルタイム プロセッサは、信頼性、高可用性、フォールト トレランス、保守性、およびリアルタイムの応答が求められるエンベデッド システムのための、高性能コンピューティング ソリューションを提供します。

Cortex-Rシリーズのプロセッサは、何億個もの製品に搭載されてきた実証済みのテクノロジによって製品化までの時間が短縮されており、膨大なARMエコシステム、グローバル言語、ローカル言語、年中無休のサポート サービスを活用して迅速かつ低リスクの開発を確実にします。

多くの用途で、以下のような主要なCortex-Rシリーズの特性が必要とされています。

  • 高性能:高いクロック周波数との組み合わせによる高い処理性能
  • リアルタイム:あらゆる状況で、ハード リアルタイム制約を満たす処理
  • 安全:高度なエラー耐性の、確実で信頼性の高いシステム
  • 高いコスト効果:性能、消費電力、面積を最適化

Cortex-Rプロセッサのアプリケーションの例

 

 


業界標準

ARM Cortex-Rシリーズ プロセッサは、世界中の半導体業界の幅広いライセンシにより、広範なディープ エンベデッド半導体アプリケーション市場における業界標準となっています。Cortex-Rプロセッサのライセンスを取得しているARMの半導体パートナーの詳細については、以下のロゴをクリックしてください。

Broadcom   富士通   Infineon   LSI  Renesas Texas Instruments   東芝

Cortex-R4Cortex-R5、およびCortex-R7プロセッサの基盤となっているのは、高性能、リアルタイム、安全、および高いコスト効果の処理が必要とされる自動車安全性やワイヤレス ベースバンドなど、ディープ エンベデッドおよびリアルタイム市場で求められている主な機能です。

Cortex-Rシリーズの概要:

高性能 - 複雑なコードとDSP機能の迅速な実行のために:

  • 高性能、高クロック周波数、深いパイプラインのマイクロアーキテクチャ
  • デュアルコア マルチプロセシング(AMP/SMP)コンフィギュレーション
  • 高性能DSPおよびメディア機能のためのハードウェアSIMD命令

リアルタイム - 応答および高スループットを実現する確定的動作:

  • 迅速、限定的、および確定的な割り込み応答
  • コードおよびデータへの応答を迅速にする、プロセッサに対してローカルな密結合メモリ(TCM)
  • 割り込みを加速させる低レイテンシ割り込みモード(LLIM)

安全 - エラーを検出して信頼性の高いシステム動作を維持:

  • メモリ保護ユニット(MPU)を使用したソフトウェア オペレーティング モード(ユーザ モードおよび特権モード)
  • レベル1メモリ システムとバスのECCおよびパリティ エラー検出/訂正
  • デュアルコア ロック ステップ(DCLS)の冗長なコア コンフィギュレーション

高いコスト効果 - 迅速な製品化とカスタマイズが可能な機能により:

  • クラス最高のエネルギー効率とダイ面積/コスト効率
  • 電力、性能、および面積を最適化する機能を含めるまたは除外するコンフィギュレーション
  • エンベデッド トレース モジュール オプションでのCoreSight™デバッグ アクセス ポートによるコンフィギュラブルなデバッグ ブレークポイントとウォッチポイントを使用した迅速な開発およびテスト

Cortex-Rシリーズの機能:

  • 深いパイプラインのマイクロアーキテクチャ
  • 命令のプリフェッチ、分岐予測、スーパースカラ実行などの性能を向上させるテクノロジ
  • ハードウェア除算、浮動小数点ユニット(FPU)オプション
  • ハードウェアSIMD DSP
  • 性能を犠牲にすることなく高いコード密度を実現する、Thumb-2命令をサポートしているARMv7-Rアーキテクチャ
  • 命令キャッシュ コントローラとデータ キャッシュ コントローラを備えたハーバード アーキテクチャ
  • 割り込みハンドラなど、コードおよびデータへの応答を迅速にする、プロセッサに対してローカルな密結合メモリ(TCM)
  • 高性能なAMBA®3 AXI™バス インタフェース

Cortex-RシリーズのCortex-AおよびCortex-Mシリーズとの相違点:

Cortex-Rシリーズ プロセッサは、Cortex-Mシリーズ プロセッサともCortex-Aシリーズ プロセッサとも異なります。特に、Cortex-Rシリーズ プロセッサは性能がCortex-Mシリーズよりも非常に優れています。一方、Cortex-Aシリーズは、仮想メモリ管理を行う複雑なソフトウェア オペレーティング システムを使用するユーザ アプリケーションをターゲットとしています。

 


Comparing Cortex-M processors

 

Cortex-M processors
ARM Cortex-R4 ARM Cortex-R5 ARM Cortex-R7 

 1.66 DMIPS/MHz

 1.66 DMIPS/MHz

2.50 DMIPS/MHz

Lockstep configuration

Lockstep configuration
Dual-core Asymmetric Multi-Processing (AMP) configuration

Lockstep configuration
Dual-core Asymmetric Multi-Processing (AMP) with QoS configuration
Dual core Symmetric Multi-Processing (SMP) configuration

Tightly Coupled Memory (TCM)

Tightly Coupled Memory (TCM)
Low Latency Peripheral Port Accelerator Coherency PortMicro Snoop Control Unit (µSCU)

Tightly Coupled Memory (TCM)
Low Latency Peripheral Port Accelerator Coherency PortSnoop Control Unit (SCU)

8 stage dual issue  pipeline with instruction pre-fetch and branch prediction

8 stage dual issue  pipeline with instruction pre-fetch and branch prediction

11-stage superscalar pipeline with out-of-order execution and register renaming and advanced dynamic and static branch prediction with instruction loop buffer

I-Cache and D-Cache

I-Cache and D-Cache

I-Cache and D-Cache

Hardware divide, SIMD, DSP

Hardware divide, SIMD, DSP

Hardware divide, SIMD, DSP

IEEE754 Double Precision FPU

IEEE754 Double Precision FPU or optimized SP Floating Point Unit

IEEE754 Double Precision FPU or optimized SP Floating Point Unit

Memory Protection Unit (MPU) with 8 or 12 memory regions

Memory Protection Unit (MPU) with 12 or 16 memory regions

Memory Protection Unit (MPU) with 12 or 16 memory regions

ECC and Parity protection on L1 memories

ECC and Parity protection on L1 memories and AXI bus ports

ECC and Parity protection on L1 memories
Error management with error bank

Vectored Interrupt Controller (VIC) Port

Vectored Interrupt Controller (VIC) or Generic Interrupt Controller (GIC)

Integrated Generic Interrupt Controller (GIC)

Cortex-R series processors are all binary compatible, enabling software reuse and a seamless progression from one Cortex-R processor to another as functionality and/or additional processing power is required.


Cortex-Rシリーズのアプリケーション

Cortex-Rシリーズ プロセッサは、要求の厳しいリアルタイム ソリューション向けに設計されており、次の市場で、ASIC、ASSP、およびMCUのSoC(System-on-Chip)アプリケーションで広く使用されています。

製品タイプ アプリケーション
自動車 エアバッグ、ブレーキ、安定性、ダッシュボード、エンジン管理     
ストレージ ハード ディスク コントローラ、ソリッド ステート ドライブ コントローラ
携帯電話 3G、4G、LTE、WiMaxスマートフォンおよびベースバンド モデム
エンベデッド 医療、産業、ハイエンドのマイクロコントローラ ユニット(MCU)
エンタープライズ ネットワーキングおよびプリンタ(インクジェットおよび多機能プリンタ)
ホーム デジタルTVBluRayプレーヤ、およびポータブル メディア プレーヤ
カメラ デジタル スチル カメラ(DSC)およびデジタル ビデオ カメラ(DVC)

これらのアプリケーションには共通する一連の処理要件があります。以下にその用例を示します。

自動車

自動車用電子制御ユニット(ECU)はすべての近代的自動車で見られます。エンジン管理およびエンターテインメント アプリケーションのほかに、車両の安定性、ステアリング、アンチロック ブレーキ(ABS)、衝突防止、エア バッグの展開などのアプリケーションによるドライバー支援および安全システムに対する要求が高まっています。こうしたシステムでは、さまざまなセンサからデータを読み取り、浮動小数点アルゴリズムを頻繁に使用する計算を実行し、必要な制御信号を送信するため、高性能な処理を行う必要があります。何よりも、そうしたシステムにはリアルタイムの制約に合わせて実行できる高い信頼性が求められ、ISO26262などの自動車安全基準の要件を満たす必要があります。

ハード ディスク ドライブ

ハード ディスク ドライブも、以前からエンベデッド プロセッサにとって最も要求の厳しいアプリケーションの1つです。Cortex-Rシリーズは、主要メーカーのほとんどに採用されています。企業ネットワークおよびインターネット データ センターの急速な拡大に伴って、ストレージ容量は指数関数的に増加しています。また、コンシューマはたくさんの音楽および動画をPCのディスクやNAS(ネットワーク接続型ストレージ)デバイスに保存しています。データが増えると、必要な帯域幅も増えます。最新のドライブでは、5GbpsのUSB-3および6GbpsのSATAを使用したデータ トラフィックをサポートしています。ドライブ内では、高速なサーボ制御システムによって、ディスクの回転とヘッドの位置を管理し、非常に高いデータ レートでチャネル処理信号の読み出し/書き込みを行っています。

モバイル

また、携帯電話でも、ユーザにさまざまな機能、オーディオ、ビデオ、およびインターネット サービスを提供するために、高いデータ レートのワイヤレス ブロードバンドを導入するようになってきています。第4世代およびロング ターム エボリューション(LTE)のモバイル テクノロジに対応したハンドセットでの処理には、複雑なソフトウェア プロトコル スタックが必要です。それによって、モビリティ、接続、セキュリティ、データ トラフィック、および無線インタフェース モデムの管理をリアルタイムで実行できます。先進のマルチコアSoCでは、これらのタスクにCortex-Rシリーズ プロセッサを使用し、ユーザ アプリケーション用にCortex-Aシリーズ プロセッサを実装します。携帯電話製品では、常に低いコストと消費電力が成功の秘訣です。


Cortex-Rシリーズのテクノロジ

Cortex-Rリアルタイム プロセッサ テクノロジは、ARMのThumb®-2命令セットを含むARMv7-Rアーキテクチャによって定義されており、性能を犠牲にすることなく高いコード密度を実現します。このアーキテクチャは、高性能化とハード リアルタイム アプリケーションのための以下の個々の機能とともにCortex-Rシリーズ プロセッサに実装されています。

高性能

リアルタイム アプリケーションのための迅速性と高効率

  • Cortex-R7 2.5 DMIPS/MHz
  • Cortex-R4およびCortex-R5 1.66 DMIPS/MHz
  • Cortex-R5およびCortex-R7は非対称型マルチプロセシング(AMP)の構成が可能です
  • Cortex-R7は性能を倍増させる対称型マルチプロセシング(SMP)の構成が可能です
  • 深いパイプラインのマイクロアーキテクチャ
  • 命令プリフェッチおよびキュー
  • 高度な分岐予測
  • MPCore™割り込みコントローラ
  • 並列実行のスーパースカラ実行
  • ハードウェア除算
  • ハードウェアDSP/SIMD命令
  • 倍精度を含む浮動小数点命令
  • ハーバード レベル1キャッシュ
  • AMBA® AXI3™バス ポート
  • データI/Oコヒーレンシ

リアルタイム

イベントおよび割り込みに迅速かつ確定的な動作を実現して高い信頼性に対応

  • 常にすぐに処理できるように命令またはデータを保持できるローカルのRAMまたはフラッシュ メモリへの密結合メモリ(TCM)インタフェース
  • 低レイテンシ割り込みモード
  • 低レイテンシ ペリフェラル ポート
  • GICまたはVICコントローラ
  • 割り込み応答を数サイクル以上も遅延させる可能性がある命令を停止および再開できます
  • 専用のAXIスレーブ バス インタフェース経由でDMAを使用すると、TCMに対するデータの読み込みおよび書き込みを迅速に行うことができます

安全

信頼性、可用性、確実性、管理能力、フォールト トレランス、および安全性

  • 限定された応答時間での確定的な割り込み応答
  • ロック ステップの冗長コア コンフィギュレーション
  • キャッシュECCおよびパリティ
  • TCM ECCおよびパリティ
  • AMBA AXIポートECCおよびパリティ
  • ハード エラー キャッシュ
  • メモリ再構築ポート
  • 選択されたソフトウェア タスクによる特定のメモリ領域へのアクセスを報告/禁止するメモリ保護ユニット
  • ユーザ/特権ソフトウェア オペレーティング モード
  • 例外処理モード
  • IEC61508またはISO 26262で定義されている安全度水準(SIL)に従って動作する必要があるシステムでの使用に最適
  • 車載アプリケーションの場合、こうしたシステムでは、AUTOSARに準拠したRTOSを実行します

高いコスト効果

多機能でコストが重視されるアプリケーションで柔軟なコストおよび消費電力効率の構成が可能

  • 低エネルギー消費のマイクロアーキテクチャ
  • 高いコード密度のARMまたはThumb®-2コード
  • 低消費電力/小規模ダイ領域から高性能のターゲット
  • 設計者がアプリケーションの要件に的確に合わせてプロセッサの機能を選択できる合成機能コンフィギュレーション
  • これらのオプションにより、Cortex-Rシリーズ プロセッサはさまざまなエンベデッド アプリケーションに対応でき、設計者は最終的なデバイスの機能および性能と、消費電力、面積、およびコストの間でトレードオフすることができます。以下はその一例です。

市場区分

 

ストレージ

モバイル ベースバンド

イメージング/ワイヤレス

自動車

HDD

スマートフォン

カメラルータ

自動車

メモリ保護ユニット

なし

あり、12領域

キャッシュ

なし

場合による

ECC/パリティ

なし

なし

TCMポート

3

3

なし

2

浮動小数点ユニット

なし

なし

なし

あり

ブレークポイント/ウォッチポイント

最小

最大

最大


Cortex-Rシリーズの利点

ARM Cortex-Rシリーズを選択する主な利点は、ARMが迅速な生産を顧客に実現させる豊富な経験がある、プロセッサ、フィジカルIP、ツール、およびサポートの包括的なポートフォリオである点です。プロセッサとテクノロジの選択範囲は幅広く成熟しており、ARMへの投資によって、現在と未来のあらゆる製品ニーズに確実に対応できます。

ARMは以下のものを提供します。

  • 低消費電力プロセッサおよびフィジカルIPソリューションの幅広いポートフォリオ
  • グローバル言語、ローカル言語、年中無休のサポートで深い専門技術に迅速にアクセス
  • 経験豊かなエコシステム パートナーの幅広い選択肢

ARMでは以下のことが可能になります。

  • 複雑な統合ではなく、システム コンフィギュレーションによる迅速な製品開発
  • 電力、パフォーマンス、面積の目標に対応する選択肢とコンフィギュラビリティ
  • エンジニアリング時間および手間の削減による低所有コスト

ARMのパートナーは以下のことを実現します。

  • 完全なソリューションと統合型のシステム サポートによる迅速な製品化
  • 開発投資を再使用した上での製品の差別化
  • 幅広いIPの提供と遠い未来へのロードマップによるリスクの低減

ARMには当社のパートナーを成功に導いたという実績があります。

  • 業界標準のプロセッサ テクノロジ
  • 世界の半導体業界全体にわたる幅広いパートナーシップ
  • 数百万人の開発者と比類ないエコシステム

 

 

ARMポートフォリオ

エンベデッド プロセッサを搭載した新たな商品をできる限り迅速かつ安価で製品化することは大きな事業です。プロセッサ コアは、迅速な開発と検証が必要なシステム ハードウェアおよびソフトウェアが複雑に組み合わされた中の1つの要素でしかありません。ARMは完全なシステム ソリューションを現実のものとし、グローバル言語、ローカル言語、年中無休のサポートを提供することで、迅速に製品化させることができます。1つのARMプロセッサとシステム用に開発されたソフトウェアが即座にその他のソフトウェアに移植して、ソフトウェアにおける投資を保護します。

ARMは、CoreLink™ System IPCoreSight™デバッグおよびトレースIPArtisan®フィジカルIPARM開発ツールなどのCortex-Rプロセッサでの実装と開発を完全にサポートします。

ARMのエコシステム

製品を迅速に製品化するには、しばしば並行してハードウェアとソフトウェアの複雑な開発を行う必要があり、包括的なシステム検証や重大なシステム デバッグおよびプロファイリングも求められます。ARMには、業界において、開発を高速化できるツールやサービスを提供している1000社以上のパートナーとの幅広いエコシステムがあります。パートナーのカテゴリは以下のとおりです。

  • シリコン
    • 半導体メーカー
    • ファウンドリ サービス
    • SoC IP プロバイダ
  • 設計支援
    • 開発ツール - ハードウェア
    • 開発ツール - ソフトウェア
    • EDA - 設計ツール
    • サービス(SoCおよびSW設計)
    • ツールの代理店
  • ソフトウェア
    • アプリケーション ソフトウェア
    • ミドルウェア
    • OSおよび低レベル ソフトウェア
  • トレーニング

ARM Connected Community のメンバーおよびその他の組織は、コンパイラ、デバッガ、リアルタイム オペレーティング システムなど、Cortex-Rプロセッサ用のツールおよびソフトウェアを提供しています。また、マイクロコントローラ ハードウェア、モバイル ベースバンド プロトコル スタック ソフトウェアなど、特定のハードウェアやソフトウェア製品のプロバイダも含まれています。詳細については、以下のロゴをクリックしてください。

Code Sourcery   ENEA      Green Hills   Hitex   IAR   Lauterbach         

ARMのサポート

柔軟なテクニカル サービスを利用することで、ハードウェアおよびソフトウェアの開発を加速できます。

  • テクニカル リファレンス マニュアル、アプリケーション ノートおよびチュートリアル、FAQおよび技術情報記事、ダウンロードなど、エンジニア向けの無料のオンライン リソース
  • ARMエキスパートがオンサイトで提供する製品の技術的なトレーニングおよびActive Assistプロジェクト サービス
  • 24時間体制で問題を解決するための、世界規模のサポートおよびメンテナンス

ARMが提供できる包括的ソリューションを使用することで、パートナーへの迅速なサポートと、システム統合および開発問題のすばやい解決が可能になり、さまざまなサプライヤとシステム問題の解決を試みて時間を無駄にすることがなくなります。


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