Szerző: Gálffy Csaba

2016. szeptember 23. 11:27

Cortex-R52: új magot villantott az ARM

Bemutatta legfrissebb Cortex-R sorozatú processzormagját az ARM Holdings. A cég más processzormagjaitól eltérően az új Cortex-R52 kimondottan valósidejű végrehajtáshoz, kritikus szoftverek alá kerül majd, ahol a teljesítmény másodlagos.

Tudásban az R sorozat a "nagy" A magok és a mikrokontrollernek szánt M között található. A 64 bites regisztereket nem támogatja, és kimarad a 64 bites utasításkészlet is. Bekerült viszont az előző generációs R-ekhez képest az új, 2013-ban bejelentett ARMv8-R utasításkészlet, amelyet kimondottan a modern számítási feladatokhoz tervezett az ARM, a Cortex-R52 ennek első implementációját hozza.

Ahol számít a kiszámíthatóság

Az R-sorozat célpiacát az olyan számítási feladatok jelentik, amelyeknél nagyfokú kiszámíthatóságra van szükség. Ez több szinten is érvényes, egyrészt a számítások eredményeinek kell megbízhatónak lenni, másrészt a futásidőnek is nagyon stabilnak kell maradnia - vagyis egy adott számításnak minden körülmények között szinte ugyanannyi idő alatt kell eredményt produkálnia, minimális szórással - az R52-t is mindezek figyelembevételével tervezte az ARM.

Az első szempontot például olyan megoldások szolgálják ki, mint az együtt ketyegő processzormagok (lockstep). Ez lehetővé teszi, hogy két mag is pontosan ugyanazon a feladaton dolgozzon párhuzamosan, egy külön logika pedig összehasonlítja a kimenetet, és csak azt fogadja el, ami azonos - különbség esetén a műveletet újra el kell végezni. A rendszermemóriát ECC védi, ami a szintén véletlenszerű bit flip ellen nyújt védelmet, illetve dedikált MPU (memory protection unit) felel a memóriaelérés egyéb aspektusainak védelméért.

A kiszámítható és konstans futásidőt a nem-determinisztikus faktorok kiiktatásával éri el az ARM. Így például a CPU szigorúan in-order végrehajtással rendelkezik, vagyis a beérkező utasításokat a belső logika nem rendezi újra a hatékonyság növelése érdekében. Ugyanígy a "normális" CPU-knál évtizedek óta általános virtuális memória sem támogatott, helyette a védett memória koncepcióját használja az ARM, amely ugyan jóval korlátozóbb, de jóval kiszámíthatóbb is.

A legnagyobb újdonságot a hardveres virtualizáció jelenti - természetesen a determinisztikus működés megőrzésével. A hypervisor az MPU-val együttműködve a vendég operációs rendszerek számára dedikált fizikai memóriát kínál, szintén determinisztikus, a szoftver által pontosan meghatározható módon.

A virtualizáció mellett ezen a területen két fontos érv szól. Egyrészt a futó szoftverek teljesen elválaszthatóak egymástól, így azok külön-külön is validálhatóak, az egyik módosítása nem jelenti azt, hogy a teljes stacket újra kell validálni. A másik szempont a biztonság, a vendég rendszerek magas biztonsággal szeparálhatóak el egymástól, így ugyanazon a chipen (de elválasztva) futhat mondjuk az autó irányítását és az utasok szórakoztatását végző szoftver.

Mindent vivő munkahelyek

Mindig voltak olyan informatikai munkahelyek, melyek nagyon jól fekszenek az önéletrajzban.

Mindent vivő munkahelyek Mindig voltak olyan informatikai munkahelyek, melyek nagyon jól fekszenek az önéletrajzban.

A virtualizáció ugyanakkor azt jelenti, hogy a processzor sűrűn vált az éppen futtatott szoftverek között. Az ilyen kontextusváltást az előd generáció nagyon rosszul tűrte, viszonylag hosszú ideig tartott feltölteni a különböző tárolókat az új feladatnak megfelelő adatokkal. A Cortex-R52 már sokkal hatékonyabb a kontextusváltásban, az ARM szerint a folyamat itt mintegy 14-szer gyorsabban lezajlik, mint az elődnél.

Az R-sorozatú magokat jellemzően nem önállóan, hanem az A és M sorozatú magokkal rendszerben vetik be a gyártók. Az ARM koncepciója szerint például egy önvezető autókba szánt chip-rendszer úgy épül fel, hogy a szenzorokban változatos M-alapú mikrokontrollerek dolgoznak, ezek küldik az adatokat a feldolgozó motornak. Utóbbiban Cortex-A-k mellett Mali GPU-k dolgoznak, a feldolgozott eredményekből pedig a Cortex-R-en futó kritikus szoftver hoz döntéseket, amit R és M alapú végrehajtó egységek ültetnek gyakorlatba.

a címlapról