現今，許多主流處理器應用軟體對效能的需求越來越高，以處理更高的資料傳輸速率、更多的媒體服務，與利用使用者介面的新功能，如：加密與安全防護。在應用市場中，當消費者需求成為產品開發的主要動力，供應商將面臨降低終端產品價格的挑戰。這不只是為了在既有市場競爭，而是在可支配所得遠低於西方國家的開發中國家中，開創新的市場。

有許多例子指出，聯網行動電腦、其他可攜式裝置、手機、PDA、視訊轉換器、遊樂器，以及汽車資訊娛樂裝置等應用，都需要低成本且高效能的特性。

消費者不僅期盼他們的產品能執行更多功能，更希望可攜式產品能具備更長的電池續航力。為了達到可以連續使用一整天的最低要求，手機、智慧型手機以及PDA製造商必須提供比以往更高的效率及超高效能。以智慧型手機為例，其應用效能需求從待機時的「非運作」狀態，到執行遊戲時的高運作模式，其系統架構必須能夠因應兩種極端的效能需求，同時維持極高的效率。

其中一種方法是使用多重核心處理器架構，來滿足尖峰效能的需求，並讓設計方案能因應極低功耗的運作模式。多核心元件具備極高的擴充效能及低功耗的特性，故能提供相當優異的設計彈性。

Cortex-A9 MPCore多核心處理器

Cortex-A9 MPCore多核心處理器整合了成熟且極為成功的ARM MPCore技術與後續的改良，簡化並擴展多核心解決方案的應用。Cortex-A9 MPCore把尖峰效能提高到前所未有的層次，並在同時支援設計彈性與各種新功能，從處理器與系統層級著手，進一步降低與控制功耗。

Cortex-A9 MPCore針對的產品，也為行動裝置帶來超越現今解決方案的優異尖峰效能，利用ARM MPCore的設計彈性與先進電源管理技術，在緊縮的行動電力預算下維持運作。

利用可擴充的尖峰效能，這款處理器的效能能夠超越現今同級的高效能嵌入型元件，並為更廣泛的市場帶來持續的軟體投資。

《圖一　Cortex-A9 處理核心的設計空間區隔》

滿足多重市場的需求

Cortex-A9處理器為各種市場應用提供可擴充的解決方案，從手機市場到高效能的消費性與企業級產品，Cortex-A9處理器都能滿足以下共同需求：

Cortex-A9處理器不僅維持完全的應用相容性，也運用了Cortex-A9 NEON媒體處理引擎(MPE)，或浮點運算單元(FPU)來提昇特定應用的效能，進一步擴展這些處理器的市場應用範疇。每種建置的設計組態，都能夠提供充裕的彈性，以適應不同的應用與市場特性。

特殊應用最佳化

Cortex-A9 與Cortex-A9 MPCore 應用等級處理器，皆具備ARMv7架構功能以及其他豐富特色，能針對特殊應用與一般用途的設計，帶來高效能與低功耗的解決方案。

先進的微架構

精心設計的Cortex-A9微架構，針對追求低矽元件成本的嵌入型元件，提供最大化的處理效率，並排除超高效頻設計缺少效率的缺點。透過各種合成技術，該處理器能讓元件能達到超過1 GHz的時脈頻率，並提供超高的省電效率，進而帶來更長的電池續航力。

《圖二　Cortex-A9 微架構的結構以及單核介面》 - BigPic:914x563

Cortex-A9 MPCore技術

Cortex-A9 MPCore多核心處理器提供一個設計組態的處理器，利用整合快取的協調方式支援1至4個CPU。每個處理器能獨立設定自己的快取容量，並決定是否支援浮點運算單元、MPE、或PTM介面。此外，任何組態的處理器都可連結加速器連結埠( Accelerator Coherence Port)，允許其他無快取的系統主控端週邊元件與加速器，如：DMA引擎或加密加速器核心，連結至處理器的L1快取。Cortex-A9 MPCore還整合一個相容整合中斷的中斷控制器架構與通訊系統，搭配專屬週邊元件，用來提高效能與軟體可移植性，並可被組態以支援0(舊型旁通模式)或224個獨立中斷來源。這個處理器也能支援單一或兩個64位元AMBA 3 AXI互連介面。

《圖三　Cortex-A9 多核心處理器》 - BigPic:599x352

Cortex-A9 MPCore多核心處理器包含一個以通過矽實體驗證的ARM MPCore技術增強版，能夠支援可擴充的多核心處理功能：

偵測控制單元(Snoop Control Unit, SCU)

偵測控制單元是ARM多核心技術的中央控制核心，在所有搭載MPCore技術的處理器中，負責管理互連、仲裁、通訊、快取之間與系統記憶體的資料傳輸、快取連結、以及其他多核心功能。

Cortex-A9 MPCore處理器首度將這些功能擴展至其他系統加速器及非快取的DMA週邊元件上，讓各元件共享處理器的快取架構，以增進效能並降低整個系統的耗電量。這項系統不但連結設計，亦因不必維護每個作業系統之間的軟體關聯性，而降低軟體的複雜度。

加速器連結埠(Accelerator Coherence Port)

在SCU上的AMBA 3 AXI相容從屬端介面，為各系統的主控端提供一個互連點，使整體系統效能、功耗，或是其他軟體簡化因素，能夠更直接地與Cortex-A9 MPCore處理器介面連結。此介面扮演標準的AMBA 3 AXI從屬端，並在對連結元件無額外相關要求的條件下，支援所有標準的讀取與寫入交易。

然而，任何接觸到記憶體中關聯區域的讀取交易，都會和SCU進行互動，以測試要求的資訊是否已儲存在處理器的L1快取。若資訊已存在快取內，就會直接傳回到發出要求的元件。若資料沒有儲存在L1快取，在轉到主記憶體前，仍有機會搜尋L2快取。接觸到任何關聯記憶體區域的寫入交易，SCU會在動作被轉至記憶體系統前，執行連結。寫入交易也可轉至L2快取，藉以排除因直接寫入晶片外部記憶體而衍生的功耗與效能影響。

《圖四　加速器的連結埠》 - BigPic:599x350

中斷控制器(Generic Interrupt Controller)

運用最近完成標準化與架構化的中斷控制器，GIC提供豐富且彈性的方法建構處理器之間的通訊，以及系統中斷的傳遞與優先排序機制。在軟體控制下最多可支援224個獨立中斷，每個中斷能在CPU，硬體優先排序，以及作業系統與TrustZone軟體管理層之間傳遞。這樣的傳遞路徑彈性，加上支援作業系統的中斷虛擬化機制，創造了一個關鍵功能，讓使用半虛擬化管理器的解決方案能夠強化其功能。

先進的匯流排介面單元

Cortex-A9 MPCore處理器強化了處理器與系統之間的介面互連，提供許多先進功能，達到系統效能最大值，並針對各種系統單晶片設計方法帶來額外的彈性。

透過支援單倍或雙倍64位元AMBA 3 AXI主介面的設計組態，處理器能在CPU速度下提供全負載的交易平衡機制，支援速度超過12 GB/s的系統互連介面。第二個介面亦可定義成處理全域定址空間的交易過濾器，為系統設計增加彈性，在處理器架構中立即分割定址空間。

每個介面亦提供不同的CPU與匯流排頻率比，包括同步半時脈比，藉以替支援採用DVFS或高速晶片內記憶體的設計增加設計彈性，並改進系統頻寬。此外，產品還可完全支援ARM智慧型電源管理(IEM)功能。

運算引擎加速功能的特定應用

除了各項最佳化的標準架構功能外，Cortex-A9與Cortex-A9 MPCore處理器皆能支援以下功能:

先進的L2 快取控制器

ARM L2快取控制器 (PrimeCell PL310)與Cortex-A9處理器一起研發，提供一個最佳化的L2快取控制器，能配合Cortex-A9處理器的效能與總處理能力。

PL310的每個介面能支援高達8個未完成的AXI交易，加上每個主控端與方向的鎖定機制，能透過加速連結埠在多個CPU或元件之間進行管理分享，有效運用PL310作為加速器與處理器之間的緩衝區，增進系統效能並降低相關功耗。

PL310亦含有Cortex-A9先進匯流排介面單元的各項功能，故能支援同步式1/2時脈週期比，以降低高速處理器設計的延遲，且能對第二個主控端AXI介面進行位址過濾，以支援分割區域、分割頻率的設計，並快速存取晶片內的暫存記憶體。

PL310最高可支援2MB的4至6路關連式L2快取記憶體，支援與同位元與ECC支援RAM的選項性整合，並在處理器的時脈頻率下運作。先進的鎖定技術亦提供許多運用快取記憶體以作為連結加速器與處理器之間的傳輸RAM的機制。

Cortex-A9程式追蹤巨集 (PTM)

Cortex-A9 PTM為Cortex-A9處理器提供與ARM CoreSight技術相容的程式流程追蹤功能，能監看處理器實際的指令執行流程。Cortex-A9 PTM能搭配週期計數功能，監看所有程式碼的分支和程式流程的變動，以便進行設定分析。

此外，Cortex-A9 CoreSight開發套件能連結多個處理器的追蹤流程，且含有CoreSight元件，以對Cortex-A9 MPCore多核心處理器設計進行追蹤與除錯。

合成彈性與參考設計方法

Cortex-A9處理器充分利用合成設計流程的彈性，能針對任何晶圓製程與尺吋。透過持續與各大EDA廠商合作，以及各種實作參考設計方法(iRMs)，Cortex-A9處理器的授權客戶能針對自己選擇的製程技術，對處理器進行客制化、建置、檢驗，及特性規劃。這些參考方法提供可預測的矽元件開發路徑，作為發展客制化設計方法的基礎，利用各種邏輯與實體合成技術。

除了iRM外，還可加入ARM Artisan前端元件庫檢視功能，以及預先編譯的RAM，來強化iRM提供處理器建置流程的功能，並提供遠比先前更完整的參考解決方案。

結論

Corte-A9與Cortex-A9 MPCore專門滿足單核心與多核心處理器的設計需求。通用的微架構結合各項功能，為處理器核心與SoC提供增強的架構功能、效能、以及省電效率。

單核心處理器為現有的ARM11等級元件提供更高的效能與省電效率，帶來強化的功能與更低的功耗，讓行動設計能延長電池續航力。各種實作特性亦帶來完全的架構軟體相容性，讓業者能以更低的成本達到Cortex-A8等級的效能，使相關軟體投資能拓展至市場。

MPCore處理器提供先進的電源管理功能，進一步降低耗電量，並在越來越多的市場與應用中，超越產品對功耗的需求。Cortex-A9 MPCore亦提供前所未有的擴充效能，發展許多以往無法享受ARM處理器省電設計的市場。

經過特別設計的完整支援技術，能整合至Cortex-A9處理器，進一步提昇效能，滿足各種特殊應用與市場的需求，特別是無線、娛樂、影像、以及其他高階多媒體應用。