Systèmes hybrides à base de multiprocesseurs ARM

Systèmes hybrides à base de multiprocesseurs ARM

Dans ce chapitre, nous décrivons les systèmes multiprocessseurs à base de réseaux CCN (CoreLink Cache Coherent Networks) proposés par ARM. Nous définissons ensuite la cohérence de cache dans ces systèmes hybrides en décrivant les principaux éléments de la spécification du protocole AMBA

ACE qui a été proposé dans le but de gérer la cohérence de cache et d’assurer la consistance mémoire. Le protocole de mémoire partagée AMBA ACE, ainsi que l’architecture associée « CoreLink CCN » sont retenus comme solution de départ dans notre approche.

Les systèmes de ARM

Aujourd’hui, ARM est devenu un acteur dominant dans le domaine de l’informa tique embarquée. Il est surtout connu pour ses systèmes sur puces (SoCs) regroupant sur une même puce plusieurs composants tels que des microprocesseurs, des processeurs gra phiques et des DSP. Les architectures ARM existent depuis l’introduction de ARM1 qui a été conçu par Acorn Computers à Cambridge en 1985.

Avec la création de ARM en 1990, l’objectif principal a été de concevoir des processeurs puissants à faible consommation. Les architectures ont évolué au fil des années. La réalisation de l’architecture ARM7 en 2004 est considérée comme l’une des étapes les plus importantes dans cette évolution.

ARM est spécialisé dans la conception de propriétés intellectuelles (Intellectual Properties). Les cœurs des processeurs ARM sont très présents dans les systèmes embarqués. Dans ce qui suit, nous décrivons les principales évolutions des produits ARM [Matthews, 1999].

Les processeurs ARM Dotés d’une architecture relativement simple avec une faible consommation, les pro cesseurs ARM sont massivement utilisés dans les appareils électroniques destinés au grand public pour une utilisation personnelle. Cela inclut les téléphones mobiles, les tablettes numériques, les lecteurs multimédia, etc.

Les processeurs ARM sont basés sur une architecture RISC (Reduced Instruction Set Computer) développée par Advanced RISC Machines (ARM). ARM a conçu des proces seurs multicœurs RISC de 32 et 64 bits dans le but : (i) d’exécuter des instructions en nombre réduit de sorte à opérer à grande vitesse, et ce en exécutant des millions d’instruc 22 tions par seconde (MIPS) et (ii) de réduire la consommation en énergie.

Grâce au nombre réduit d’instructions, le nombre de transistors utilisés dans leur fabrication est réduit, ce qui a facilité leur intégration à des composants de très petites tailles. Le premier processeur commercialisé de ARM a été le ARM2 (sans cache) suivi de ARM 3 qui est la nouvelle version avec cache. Il y a eu ensuite l’apparition des cœurs ARM6 et ARM7 à partir desquels ARM a commencé à viser le marché de l’embarqué [Jeff, 2012].

Afin de satisfaire le besoin croissant survenu avec l’explosion du marché de la téléphonie mobile, ARM a conçu de plus en plus de SoCs avec comme premier modèle de licence IP, les microprocesseurs. En travaillant sur la conception d’un cœur pouvant s’appliquer à différentes technologies, ARM a proposé en 2001, ARM926EJ-S qui est complètement synthétisable avec 5 étages de pipelines, une MMU (Memory Management Unit) intégrée et un support hardware des accélérations Java et de certaines opérations DSP.

De nou velles technologies sont ensuite apparues dans ARM 10 et ARM 11. Afin de diversifier les services et les solutions proposées, ARM a conçu plusieurs familles de processeurs que nous citons ci-dessous. Ces familles de processeurs sont destinées à des applications diverses. Cortex-A-Series Basés sur l’architecture ARMv7-A,

il s’agit de processeurs à haute performance conçus pour des systèmes d’exploitation complexes tels que Linux, Android, Chrome OS et autres. Ce sont principalement des processeurs 32 bits exceptés les nouveaux Cortex-A72, Cortex A57 et Cortex-A53 qui délivrent une performance en 32 et 64 bits utilisés pour les télé phones next−generation, les réseaux et les serveurs. Ces processeurs ont de 1 à 4 cœurs avec une capacité à intégrer une MMU et des FPU.

Les processeurs Cortex-A5, Cortex A7, Cortex-A9, Cortex-A15 et Cortex-A17 sont basés sur l’architecture ARMv7. Les nou veaux processeurs Cortex-A72, Cortex-A57 et Cortex-A53 étendent les performances de la famille Cortex-A series en exécutant des instructions 64 bits tout en maintenant la compatibilité avec les instructions à 32 bits.