ARM big.LITTLE系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用

　　一致性是實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)移的重要因素，它允許監(jiān)視并將保存在離埠處理器(outbound processor)的狀態(tài)，在入埠處理器(inbound processor)上檢測與恢復(fù)，而不必通過主存儲器的存取。此外，由于離埠處理器的L2有高速緩存一致性(cache coherency)的功能，當(dāng)任務(wù)轉(zhuǎn)移時，可以透過檢測數(shù)據(jù)值的方式，改善入埠處理器的高速緩存預(yù)熱時間，此時L2高速緩存仍然可以維持供電狀態(tài)。不過，因為離埠處理器的L2高速緩存無法提供新數(shù)據(jù)的配置， 最后還必須清除并關(guān)閉電源以節(jié)省耗電。

　　big.LITTLE中央處理器轉(zhuǎn)移模式

　　至于中央處理器轉(zhuǎn)移，小核的處理器集群中每個處理器都對應(yīng)了一個大核集群的處理器。中央處理器為成對配置(Cortex-A15及Cortex-A7處理器上同時配置CPU0、CPU1……依此類推)。使用中央處理器轉(zhuǎn)移時，每個處理器配對中在同一時間只有一個中央處理器能夠運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　系統(tǒng)會主動檢測各處理器的負(fù)載。高負(fù)載時內(nèi)容執(zhí)行會轉(zhuǎn)移到大的核心，當(dāng)負(fù)載較低，執(zhí)行則會轉(zhuǎn)移到小的核心。不論何時每個配對中只有一個處理器可以運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)負(fù)載從離埠核心轉(zhuǎn)移到入埠核心時，前者便會關(guān)閉。這種模式讓大核與小核的組合能隨時運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　big.LITTLE MP運(yùn)作

　　由于big.LITTLE系統(tǒng)可以經(jīng)由CCI-400達(dá)到高速緩存的一致性，因此有另一種模式能讓Cortex-A15及Cortex-A7處理器同時運(yùn)作并同步執(zhí)行程序代碼，稱為big.LITTLE MP(本質(zhì)上是一種異質(zhì)性多任務(wù)處理模型)。這是big.LITTLE系統(tǒng)最先進(jìn)且最具彈性的模式，能跨越兩個集群調(diào)整單一執(zhí)行環(huán)境。在這種使用模式下，若線程有上述處理性能方面的需求，便可開啟Cortex-A15處理器核心并同時通過Cortex-A7處理器核心執(zhí)行任務(wù)。如果沒有這方面需求，則只需開啟Cortex-A7處理器。在實際應(yīng)用上，不同集群的處理器核心并不需要保持一致，而big.LITTLE MP更容易支持非對稱的叢集。

　　移動應(yīng)用的特性

　　big.LITTLE技術(shù)具有優(yōu)勢的原因之一，就是普通情況下移動應(yīng)用工作量對性能的需求各有不同。圖5顯示的是目前搭載Cortex-A9的移動設(shè)備中，兩個核心在DVFS、閑置與完全關(guān)機(jī)狀態(tài)下所花費(fèi)時間的百分比。圖中紅色代表最高頻率的操作點(diǎn)，綠色區(qū)塊則代表最低頻率操作點(diǎn)，介于兩者的顏色則屬中級頻率。除了DVFS狀態(tài)，操作系統(tǒng)電源管理也會使中央處理器閑置。圖中淺藍(lán)色區(qū)塊代表空閑時間。當(dāng)中央處理器閑置的時間夠長，系統(tǒng)的電源控制軟件可能會完全關(guān)閉其中一個核心以節(jié)省耗電。圖中最深的顏色便代表這部份。

　　從圖5可清楚看出，應(yīng)用程序處理器在好幾種普通工作量下，都有相當(dāng)多時間處于低頻率狀態(tài)。在big.LITTLE系統(tǒng)里，系統(tǒng)級芯片(SoC)可利用耗能較低的Cortex-A7中央處理器，執(zhí)行深紅色部分以外的所有工作。下圖則以相同方式分析了更為密集的工作量，而即使是在這樣的狀況下，在Cortex-A7處理器對應(yīng)出低于1GHz的頻率的機(jī)會仍然很大。

　　性能與耗電分析：big.LITTLE測試芯片

　　2011年起，用戶層級軟件已能在big.LITTLE排程上運(yùn)轉(zhuǎn)，不過，那只是在處理器核心與互聯(lián)的軟件模型環(huán)境上發(fā)展。為完整評估big.LITTLE系統(tǒng)的性能、節(jié)能以及調(diào)校是否合適，必須打造一個能讓用戶軟件全速運(yùn)轉(zhuǎn)的測試芯片。ARM的測試芯片早在2012年初夏即由制造廠完成，并在短短幾周內(nèi)開始搭配硬件開發(fā)板(development board)運(yùn)轉(zhuǎn)，支持完整版的Linux系統(tǒng)及安卓操作系統(tǒng) Ice Cream Sandwich(Jelly Bean亦納入測試但本文引用結(jié)論均來自Ice Cream Sandwich)。這個測試芯片包含了一個雙核Cortex-A15集群、一個三核Cortex-A7集群，以及CCI-400高速緩存一致總線架構(gòu)。會影響部分使用者評效基準(zhǔn)的圖形處理器并不包括在內(nèi)，但平臺仍可支持Linux、安卓操作系統(tǒng)以及性能測試軟件。