Cortex-Rシリーズ

 

Cortex-R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、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。 このファミリにはCortex-R4、Cortex-R5およびCortex-R7の3つのメンバーがあり、これらの製品が特に対象としている市場は次のとおりです。

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

携帯電話では、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世代以降も長期にわたって発展を続けるモバイル 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。

ハード ディスク ドライブは、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、4 MbpsのUSB-3および6 Mbps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。

自動車用の電子制御ユニット（ECU）は、最新の乗用車やトラックに広く採用されています。 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、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必要です。

3つのCortex-Rプロセッサがこれらの市場に提供している機能の詳細は、ファミリの機能ページを参照してください。

こうしたアプリケーションにおけるCortex-Rリアルタイム プロセッサの基本的な特性を以下に示します。

• 高速 - 高いクロック周波数での高い処理性能。
• 確定的 – あらゆる状況でハード リアルタイム制約に処理を合わせる必要があります。
• 安全 – システムは確実で高い信頼性を備えている必要があります。 絶対的な安全性が求められる場合があります。
• 高いコスト効果 – プロセッサとそのメモリ システムの両方において競争力の高いコストと消費電力。

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ARM v7-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高効率と高周波数

すべてのCortex-Rプロセッサは、40 nm Gプロセスで1 GHzに達する高いクロック周波数で動作するために、高性能で深いパイプラインのマイクロアーキテクチャを採用しています。 このマイクロアーキテクチャには、実行する命令フローを維持するために、命令のプリフェッチ、キュー、および分岐予測が含まれています。ハードウェア除算および浮動小数点ユニットも含まれています。このプロセッサにはスーパースカラ機能があり、それによって、競合するリソースを必要としない命令を並列で実行できます。 ARMのAMBA 3 AXI（Advanced eXtensible Interface）バスを使用して、メモリおよびペリフェラルにアクセスする際の性能を最大限に引き上げます。 Cortex-R4以降のプロセッサは、40 nm Gプロセスで1,500 Dhrystone MIPSの性能を実現します。

リアルタイム

高い信頼性をもたらす確定的な動作の実現

Cortex-Rプロセッサでは、イベントおよび割り込みに対する迅速で確定的な応答により、リアルタイム システムに対応します。 SoC設計者は、割り込みインタフェースおよび外部の割り込みコントローラを選択して、割り込みの回数、割り込みマスク、優先度などの機能と応答時間のバランスを最適化できます。 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。 また、Cortex-Rプロセッサは、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）インタフェースも備えています。 TCMは、処理時間が重視されるイベント用の割り込みサービス ルーチンなどのコードを保持するのに使用できます。 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。 これらの機能により、システムはリアルタイム イベントに対して迅速で確定的に応答できます。

柔軟なコストと電力効率

多機能でコストが重視されるアプリケーション向けに構成可能

Cortex-Rシリーズの重要な側面は、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コンフィギュラビリティです。 これらのオプションにより、Cortex-R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ASICまたはASSP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
メモリ保護ユニット	なし	あり	あり	あり、12領域
キャッシュ	なし	あり	あり	場合による
ECC/ パリティ	N/A	なし	なし	あり
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	中程度	最大	最大

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