ARM big.LITTLE系统技术应用

　　big.LITTLE MP运作

由于big.LITTLE系统可以经由CCI-400达到高速缓存的一致性，因此有另一种模式能让Cortex-A15及Cortex-A7处理器同时运作并同步执行程序代码，称为big.LITTLE MP(本质上是一种异质性多任务处理模型)。这是big.LITTLE系统最先进且最具弹性的模式，能跨越两个集群调整单一执行环境。在这种使用模式下，若线程有上述处理性能方面的需求，便可开启Cortex-A15处理器核心并同时通过Cortex-A7处理器核心执行任务。如果没有这方面需求，则只需开启Cortex-A7处理器。在实际应用上，不同集群的处理器核心并不需要保持一致，而big.LITTLE MP更容易支持非对称的丛集。

移动应用的特性

big.LITTLE技术具有优势的原因之一，就是普通情况下移动应用工作量对性能的需求各有不同。图5显示的是目前搭载Cortex-A9的移动设备中，两个核心在DVFS、闲置与完全关机状态下所花费时间的百分比。图中红色代表最高频率的操作点，绿色区块则代表最低频率操作点，介于两者的颜色则属中级频率。除了DVFS状态，操作系统电源管理也会使中央处理器闲置。图中浅蓝色区块代表空闲时间。当中央处理器闲置的时间够长，系统的电源控制软件可能会完全关闭其中一个核心以节省耗电。图中最深的颜色便代表这部份。

从图5可清楚看出，应用程序处理器在好几种普通工作量下，都有相当多时间处于低频率状态。在big.LITTLE系统里，系统级芯片(SoC)可利用耗能较低的Cortex-A7中央处理器，执行深红色部分以外的所有工作。下图则以相同方式分析了更为密集的工作量，而即使是在这样的状况下，在Cortex-A7处理器对应出低于1GHz的频率的机会仍然很大。

性能与耗电分析：big.LITTLE测试芯片

2011年起，用户层级软件已能在big.LITTLE排程上运转，不过，那只是在处理器核心与互联的软件模型环境上发展。为完整评估big.LITTLE系统的性能、节能以及调校是否合适，必须打造一个能让用户软件全速运转的测试芯片。ARM的测试芯片早在2012年初夏即由制造厂完成，并在短短几周内开始搭配硬件开发板(development board)运转，支持完整版的Linux系统及安卓操作系统 Ice Cream Sandwich(Jelly Bean亦纳入测试但本文引用结论均来自Ice Cream Sandwich)。这个测试芯片包含了一个双核Cortex-A15集群、一个三核Cortex-A7集群，以及CCI-400高速缓存一致总线架构。会影响部分使用者评效基准的图形处理器并不包括在内，但平台仍可支持Linux、安卓操作系统以及性能测试软件。

图5的性能测评是由Cortex-A15与Cortex-A7中央处理器集群各自独立运转。测试芯片的Cortex-A15最高频率达1.2GHz，Cortex-A7则为1GHz。性能测评结果显示，虽然测试芯片上的内存系统，其性能不如big.LITTLE 系统级芯片量产后的预测水平，Cortex-A15与Cortex-A7中央处理器的性能仍落在预期范围内。根据各个核心独立运转所得结果，我们对平台测量big.LITTLE性能的准确度深具信心。测试芯片平台软件包含基本的Linux核心，还采用了中央处理器转移软件与big.LITTLE MP修正程序组，以测试中央处理器转移或big.LITTLE MP模式。

而用来测试big.LITTLE性能的任务量，主要基于Android Cream Sandwich系统，通过网页进行网络浏览器性能循环，背景则有音效播放。在这个使用实例中，是以相当密集的工作量搭配对性能需求不高的背景活动。网络浏览器每2秒便进行网页循环，每页卷动达500像素，因此对系统性能需求相对较高。为了在进行性能测试的同时测量性能与能耗，首先必须建立性能与能耗的基线。而这个基线则搭配独立运作的Cortex-A15集群进行测量。

值得一提的是，这组结论属于较早期的测试结果;用来测试的第一版big.LITTLE MP修正程序组，将Linux排程程序从一个完整而平衡的排程模式调整成big.LITTLE模式。我们预期软件修正后性能与能耗将会改善，也会寻找其他可调校的元素。另外 ，测试芯片缺少绘图处理器;这将使得中央处理器的负载高于搭载绘图处理器的系统在卸除状态下的负载水平，而在中央处理器负载较低的状况下，可能会较常使用LITTLE核心，进而达到节能目的。它包含一套基本的电压及频率操作点(DVFS)，但没有对单处理器核心做独立的电源开关设计，因此big.LITTLE系统单芯片量产后测试结果有望提升。举例来说，后台任务的性能便可节省超过70%的能耗。

如何选择big.LITTLE软件模式

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