1 ARMv8-A

ARMv8-A架构是最新一代以应用profile为目标的ARM架构。名字ARMv8-A用于描述整个架构，现在包括32位和64位执行。它引入了用64位宽寄存器执行，但也保留了与ARMv7软件兼容的能力。

ARMv8-A架构引入了一些修改，它使能了设计的更高性能的处理器实现。

Large Physical Address: 它使能处理器超过4G物理内存的访问

64bit virtual Address: 它使能了超过4GB限制的虚拟内存。这对现代桌面和服务器软件使用内存映射的文件IO或解析地址非常重要。

Automatic Event signaling: 这使能了电源有效和高性能的spinlock。

Larger Register Files: 31个64位通用寄存器用于提升性能和减少栈的使用。

Efficient 64bit immediate generation：需要更少的文字池。

Large PC-relative addressing range:对共享库和位置无关的执行文件中有效数据的 A+/-4GB地址范围。

Additional 16KB和4KB转换粒度：这减少了TLB miss率和页walk的深度。

New execption level: 这减少了OS和hypervisor的软件复杂度。

Effient cache management: 用户空间的CACHE操作可以改善动态代码产生效率。使用Data Cache Zero指令快速的清除数据CACHE。

Hardware-accelerated cryptography: 提供3倍或10倍的软件加密性能。这对小粒度的解密和加密太小不能有效的进行硬件加速特别有用，比如https。

Load-Acquire, Stronore-Release instructions: 为C++11,C11，和Java内存模型设计。它们通过减少明显的内存barrier指令来改善线程安全的代码。

NEON double-precision floating-point advanced SIMD: 这使能SMID来应用于更宽的一组算法，如科学计算，HPC和超算。

2 ARMv8-A处理器属性

下表比较了ARMv8-A架构实现的处理器属性：

Comparison of ARMv8-A processors
	processor
	Cortex-A53	Cortex-A57
Release data	July 2014	January 2015
典型时钟速率	2GHZ 28nm	1.5~2.5GHZ 20nm
执行顺序	有序	无序，预测发出，超级标量
core核数	1~4	1~4
集成最大吞吐量	2.3MIPS/MHZ	4.1~4.76MIPS/MHZ
浮点单元	Yes	Yes
半精度	Yes	Yes
硬件除法	Yes	Yes
融合乘法积累	Yes	Yes
流水线级数	8	15+
返回栈的数目	4	8
GIC	外部	外部
AMBA 接口	64位I/F AMBA 4	128位I/F AMBA 4
L1 CACHE大小（指令）	8KB~64KB	48KB
L1 CACHE结构（指令）	2路组相连	2路组相连
L1 CACHE大小（数据）	128KB~2MB	32KB
L1 CACHE结构（数据）	4路组相连	2路组相连
L2 CACHE	可选	集成
L2 CACHE SIZE	128KB~2MB	512KB~2MB
L2 CACHE 结构体	16路组相连	16路组相连
主TLB项	512	1024
uTLB项	10	48 指令 32 数据

2.1 ARMv8处理器

本节描述了实现ARMv8-A架构的每个处理器。它仅给出了每种情况的通用描述。对于每个处理器的更多特殊情况，看上表。

Cortex-A53处理器

Cortex-A53处理器是中等范围，在一个cluster中包含1~4个core的低功耗处理器，每个core带L1 CACHE子系统，可选的集成GICv3/4接口，和可选的L2 cache控制器。

Cortex-A53处理器是一个极度电源效率的处理器，它支持32位和64位代码的能力。它传递明显的性能高于Cortex-A7处理器。它具有部署为一个独立的应用处理器的能力，或与Cortex-A57处理器一起组成大小核配置来优化性能，规模和电源效率。

Corext-A53具有如下特性：

（1）顺序执行，8级流水线。

（2）通过使用层级时钟门限，电源域，和更先进的保留模式实现低功耗。

（3）增加了双端能力，如执行资源的复制，双指令的解码。

（4）电源优化的L2 cache设计，它具有更低的时延，让性能与效率的平衡。

Cortex-A57处理器

Cortex-A57的目标为移动电话和企业计算应用包括计算型64位应用如高端计算机，桌面和服务器产品。可以用它与Cortex-A53处理器一起组成大小核配置来实现大规模性能和有效的能源应用。

Cortex-A57处理器提供与其他处理器的cache一致性的互操作性，包括用于GPU计算的ARM Mali家族的GPU和为高性能企业应用提供可选的可靠性和规模性的特征。它提供了明显更高于ARMv7 Cortex-A15更高的性能，且更高的电源效率级别。包含扩展的加密特性，提供了10倍于之前代处理器的加密算法。

Cortex-A57处理器完全实现了ARMv8-A架构。它在一个cluster中实现了1~4个处理器的多核操作。多个一致性SMP cluste通过AMBA5 CHI或AMBA 4 ACE技术实现。可通过CoreSight技术让debug和trace有效。

Cortex-A57处理器具有如下特征：

（1）乱序执行，15+流水线。

（2）节能技术包括路预测，tag减少，和cache查找。

（3）通过执行资源的复制来增加最大的指令吞吐量。本地解码，3-wide解码带宽来实现电源优化指令。

（4）L2 cache设计的性能使能在一个cluster中超过1个core来同时访问L2。

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