Cortex-R 系列

Cortex-R 处理器是为要求严格的实时解决方案设计的，通常用于 ASIC、ASSP 和 MCU 片上系统应用。此系列包含三个成员：Cortex-R4、Cortex-R5 和 Cortex-R7，以下是这些产品的设计所特别针对的市场：

这些应用展示了一个常见的需求集，下列示例对该需求集进行了说明：

移动手机引入了高数据速率无线宽带以为用户提供功能丰富的音频、视频和 Internet 服务。第四代手机处理和移动技术的长期发展需要复杂的软件协议堆栈实时运行，从而管理移动性、连接、安全性、数据流量和空中接口调制解调器。高级多核 SoC 使用 Cortex-R 处理器来执行这些任务，从而补充了针对用户应用的 Cortex-A 系列处理器的不足。低成本和功耗一直是移动手机产品的关键成功标准。

硬盘驱动器一直是对嵌入式处理器要求最高的应用之一，而 Cortex-R 已被大多数主要制造商采用。企业网络和 Internet 数据中心的高增长推动着存储容量呈指数增长。此外，消费者将其大量的音乐和电影保存在 PC 磁盘和网络连接存储 (NAS) 设备上。更多的数据需要更多的带宽，最新的驱动器支持以 4 Mbps 速度使用 USB-3 和以 6 Mbps 使用 SATA 的数据流量。在驱动器中，高速伺服控制系统管理磁盘旋转和磁头位置，读/写通道以很高的数据速率处理信号。

汽车电子控制单元 (ECU) 在现代汽车和卡车中被广泛采用。除引擎管理和娱乐应用外，对车辆稳定性、操控性、防抱死制动、防撞和气囊展开等辅助驾驶和安全系统应用的依赖也在不断增加。这些系统需要高性能的处理，因为它们从各种传感器读取数据，执行常常使用浮点运算的计算并提供必要的控制信号。此外，这类系统还必须在符合其实时限制方面表现出高可靠性。

查看“系列功能”页以阅读有关三个 Cortex-R 处理器为这些市场提供的功能的更多信息。

Cortex-R 实时处理器在这些应用中的基本特征如下：

• 快速 - 以高时钟频率获得高处理性能。
• 确定性 - 处理在所有场合都必须符合硬实时限制。
• 安全 - 系统必须可靠且可信。某些系统将是安全关键系统。
• 成本效益 - 在处理器及其内存系统中都具有竞争力的成本和功耗。

高性能

针对实时应用的高效率和高频率

Cortex-R 处理器全部使用高性能、深管道化的微架构以便以高时钟频率（在采用 40 nm G 工艺的情况下接近 1 GHz）运行。此微架构包括指令预取、入队和分支预测以保持要执行的指令流。硬件除法器和浮点单元包括在内，并且处理器具有超标量功能，因此可以并行执行不需要冲突资源的指令。ARM 的 AMBA 3 AXI（高级可扩展接口）总线用于在访问内存和外设时最大限度地提高性能。从 Cortex-R4 开始，这些采用 40 nm G 工艺的处理器都能够达到 1,500 Dhrystone MIPS 的性能。

实时

提供具有确定性的行为以获得高可靠性

Cortex-R 处理器通过对事件和中断做出快速且具有确定性的响应来支持实时系统。中断接口和外部中断控制器的选择允许 SoC 设计者在响应时间和中断数、中断屏蔽和优先化等功能之间进行优化。可能延迟中断响应超过几个周期的任何指令都可以被停止并重新启动。Cortex-R 处理器还有一个与本地 RAM 或闪存的紧密耦合内存 (TCM) 接口，该本地 RAM 或闪存可以安排为保存始终可立即用于处理的指令和数据。TCM 可用于保存中断服务例程或其他时间关键事件的代码。可使用 DMA 通过专用 AXI 从属设备总线接口将快速数据读入 TCM 或从 TCM 中读出。这些功能使系统可以对实时事件做出快速且具有确定性的响应。

灵活的成本效益和能效

可针对功能丰富且成本敏感的应用进行配置

Cortex-R 系列的主要特点是可配置性，允许设计者选择处理器功能以精确匹配应用要求。 这些选项使 Cortex-R 处理器可以满足范围广泛的应用，并且设计者可以根据最终 ASIC 或 ASSP 设备的功耗、面积和成本权衡功能和性能。例如：

• 高可用性 - 随时准备好提供服务（例如，对事件做出响应）的系统。
• 可靠性 - 可以依赖以每次都准时正确地做出响应的系统。
• 可维护性 - 可以被监视、修复和升级（常常在其仍在运行时）的系统。
• 容错 - 在出现故障或至少检测出故障条件时继续运行。
• 安全关键 - 适合于在故障可能导致损害的应用中使用。
• 安全性 - 防止非计划中的或未经授权的修改。

Cortex-R 系列处理器的许多功能可满足这些要求，使这些处理器适合于在计划用于汽车制动、操控或防滑等应用中的 ASIC、ASSP 或 MCU 中使用。移动基带或硬盘驱动器等应用也依赖于部分这些特征来确保连接或数据不丢失，例如，具有确定性的中断响应时间或数据错误的检测。

可为可靠系统使用和配置的 Cortex-R 处理器功能包括：

• ARM v7 架构。与早期版本的 ARM 架构相同，v7 为处理器指定了在用户应用和授权程序（如操作系统、中断和异常处理程序）之间不同的软件操作模式。某些指令只在授权模式中可用，这些指令可供操作系统使用，而应用程序则被禁止对内存区域或外设进行未经授权的访问。
• MPU。内存保护单元监视对内存和内存映射外设的所有访问，可以由所选的软件任务配置为报告或禁止对各区域的访问。与处理器的用户和授权模式配合工作，MPU 提供了监视地址映射中的所选区域和阻止由于编程缺陷、错误条件或安全漏洞而由恶意代码导致的未经授权的访问的综合能力。
• 奇偶校验。奇偶校验检查功能内置在 Cortex-R 处理器中，提供了自动检测（在某些情况下还提供自动更正）1 级内存（例如，高速缓存和 TCM）中的奇偶校验错误的功能，还提供了与外部奇偶校验电路的接口。
• ECC。错误更正代码处理功能也内置在 Cortex-R 处理器中，使处理器可以自动更正单位错误。多位错误也会被检测到，但不能总是得到更正。还提供了与外部 ECC 电路的接口。
• 锁步。Cortex-R 处理器用于进行配置和合成以在锁步配置中创建冗余处理器，因此，通过检查逻辑可以检测到任一处理器中的错误。

这些功能及其他功能使实时 ARM 处理器（如 Cortex-R4）适合于在运行时必须符合 IEC61508 或 ISO26262 中定义的安全完整性等级 (SIL) 的系统中使用。在汽车应用中，这些系统将运行 AUTOSAR 兼容的 RTOS。

ARM Connected Community 成员和其他组织为 Cortex-R 处理器提供工具和软件，如编译器、调试器和实时操作系统。还有特定硬件和软件产品（如微控制器硬件和移动基带协议堆栈软件）的提供商。单击以下徽标可了解详细信息：