ARM Cortex内核系列提供非常广泛的具有可扩展性的性能选项，设计人员有机会在多种选项中选择适合自身应用的内核，而非千篇一律的采用同一方案。Cortex系列组合大体上分为三种类别：

●Cortex-A—面向性能密集型系统的应用处理器内核

●Cortex-R—面向实时应用的高性能内核

●Cortex-M—面向各类嵌入式应用的微控制器内核

Cortex-A处理器为利用操作系统（例如Linux或者Android）的设备提供了一系列解决方案，这些设备被用于各类应用，从低成本手持设备到智 能手机、平板电脑、机顶盒以及企业网络设备等。早期的Cortex-A系列处理器（A5、A7、A8、A9、A12、A15和A17）基于ARMv7-A 架构。每种内核都共享相同的功能集，例如NEON媒体处理引擎、Trustzone安全扩展、单精度和双精度浮点支持、以及对多种指令集（ARM、 Thumb-2、Thumb、Jazelle和DSP）的支持。与此同时，这些处理器也具有极高的设计灵活性，能够提供所需的性能和预期的功效。

尽管Cortex-A5内核是Cortex A系列中体积和功耗都低的成员，但它拥有支持多核性能的潜能，并且与该系列中的高级成员（A9和A15）兼容。对于那些之前采用ARM926EJ-S或 ARM1176JZ-S处理器的设计人员来说，选择A5是自然的，因为它具有更高的性能和更低的芯片成本。

Cortex-A7在功耗和体积上与Cortex-A5相似，但其性能提升20%左右，且与Cortex-A15和Cortex-A17有完全的架构兼容 性。Cortex-A7是成本敏感型智能手机和平板电脑的理想选择，而且它还可以与Cortex-A15或Cortex-A17组合使用，形成ARM称为 “big.LITTLE”的处理结构。big.LITTLE结构实质上是一种功耗优化技术；高性能CPU（例如Cortex-A17）和高效率CPU（例 如Cortex-A7）的组合配置能够提供更高的持久性能，同时因为更高效的内核很好的满足了应用对中低性能的需求，这种组合还显著节省整体功耗，节省 75%的CPU耗能，并且延长电池的使用寿命。智能手机和平板电脑的性能需求发展远比电池容量的增长快得多，因此这种配置带给开发人员明显的优势。诸如 big.LITTLE等设计方法，作为整体系统设计策略的一部分，能够显著降低这种电池技术造成的差距。

接下来让我们看看Cortex-A系列处理器中的高级别产品——Cortex-A15和Cortex-A17内核。这两款内核都是高性能处理器，也可用于 多种配置中。Cortex-A17是效的“中级”处理器，直接针对高端智能手机和平板电脑。Cortex-A9曾广泛应用于这个市场，但与 Cortex-A9相比，Cortex-A17性能提升了60%以上（循环周期），同时也改善了整体功效。Cortex-A17能够配置多达四个内核，每 个内核都包含一个完整的乱序流水线。如前面提到的，Cortex-A17可与Cortex-A7组合成高效的big.LITTLE配置，还可以搭配高端移 动图形处理器（例如来自ARM的MALI），构成非常高效的设计整体。
 

Cortex-A15是该系列处理器中性能的成员，是Cortex-A9性能（移动配置模式）的两倍。不仅完全胜任高端智能手机或平板电脑这样的应 用，而且运行速率可高达2.5GHz的多核Cortex-A15处理器也能够支撑低功耗服务器或无线基础设施等应用。Cortex-A15是ARM公司第 一款对虚拟软件环境中的数据管理和仲裁提供硬件支持的处理器。这些软件环境中的应用能够同时访问系统资源，实现虚拟环境中设备的可靠运行和相互隔离。

成员Cortex-A50系列将Cortex-A系列的应用范围扩大至低功耗服务器领域。这些处理器基于ARMv8架构，支持AArch64——高效 能64位运行态且可以与现行32位运行态共存。升级到64位的原因之一显而易见是为了支持大于4GB的物理内存，尽管Cortex-A15和 Cortex-A7已经具备此能力。在这种情况下，升级到64位其实是为服务器应用提供更好的支持，服务器中越来越多的操作系统和应用程序都采用64位， 当然，Cortex-A50系列为上述情况提供了功耗优化的解决方案。对于台式机市场而言，情况也大体相同，支持64位意味着Cortex-A50系列能 够更广泛地应用到这一细分市场，而且某种程度证明了未来64位操作系统终将迁移到移动应用。

介绍过Cortex-A，下面介绍Cortex-R系列——衍生产品中体积小的ARM处理器，这一点也不为人所知。Cortex-R处理器针对高性能 实时应用，例如硬盘控制器（或固态驱动控制器）、企业中的网络设备和打印机、消费电子设备（例如蓝光播放器和媒体播放器）、以及汽车应用（例如安全气囊、 制动系统和发动机管理）。Cortex-R系列在某些方面与高端微控制器（MCU）类似，但是，针对的是比通常使用标准MCU的系统还要大型的系统。例 如，Cortex-R4就非常适合汽车应用。Cortex-R4主频可以高达600MHz（具有2.45DMIPS/MHz），配有8级流水线，具有双发 送、预取和分支预测功能、以及低延迟中断系统，可以中断多周期操作而快速进入中断服务程序。Cortex-R4还可以与另外一个Cortex-R4构成双 内核配置，一同组成一个带有失效检测逻辑的冗余锁步（lock-step）配置，从而非常适合安全攸关的系统。

Cortex-R5能够很好的服务于网络和数据存储应用，它扩展了Cortex-R4的功能集，从而提高了效率和可靠性，增强了可靠实时系统中的错误管 理。其中的一个系统功能是低延迟外设端口（LLPP），可实现快速外设读取和写入（而不必对整个端口进行“读取-修改-写入”操作）。Cortex-R5 还可以实现处理器独立运行的“锁步（lock-step）”双核系统，每个处理器都能通过自己的“总线接口和中断”执行自己的程序。这种双核实现能够构建 出非常强大和灵活的实时响应系统。

Cortex-R7极大扩展了R系列内核的性能范围，时钟速度可超过1GHz，性能达到3.77DMIPS/MHz.Cortex-R7上的11级流水线 现在增强了错误管理功能，以及改进的分支预测功能。多核配置也有多种不同选项：锁步、对称多重处理和不对称多重处理。Cortex-R7还配有一个完全集 成的通用中断控制器（GIC）来支持复杂的优先级中断处理。不过，值得注意的是，虽然Cortex-R7具有高性能，但是它并不适合运行那些特性丰富的操 作系统（例如Linux和Android）的应用，Cortex-A系列才更适合这类应用。

后，我们来讨论Cortex-M系列，特别设计针对竞争已经非常激烈的MCU市场。Cortex-M系列基于ARMv7-M架构（用于Cortex- M3和Cortex-M4）构建，而较低的Cortex-M0+基于ARMv6-M架构构建。首款Cortex-M处理器于2004年发布，当一些主流 MCU供应商选择这款内核，并开始生产MCU器件后，Cortex-M处理器迅速受到市场青睐。可以肯定的说，Cortex-M之于32位MCU就如同 8051之于8位MCU——受到众多供应商支持的工业标准内核，各家供应商采用该内核加之自己特别的开发，在市场中提供差异化产品。例如，Cortex- M系列能够实现在FPGA中作为软核来用，但更常见的用法是作为集成了存储器、时钟和外设的MCU.在该系列产品中，有些产品专注能效、有些专注 性能、而有些产品则专门应用于诸如智能电表这样的细分市场。

Cortex-M3和Cortex-M4是非常相似的内核。二者都具有1.25DMIPS/MHz的性能，配有3级流水线、多重32位总线接口、时钟速率 可高达200MHz，并配有非常高效的调试选项。的不同是，Cortex-M4的内核性能针对的是DSP.Cortex-M3和Cortex-M4具 有相同的架构和指令集（Thumb-2）。然而，Cortex-M4增加了一系列特别针对处理DSP算法而优化的饱和运算和SIMD指令。以每0.5秒运 行一次的512点FFT为例，如果分别在同类量产的Cortex-M3 MCU和Cortex-M4 MCU上运行，完成同样的工作，Cortex-M3所需功耗约是Cortex-M4所需功耗的三倍。此外，也有在Cortex-M4上实现单精度浮点单元 （FPU）的选项。如果应用涉及到浮点计算，那在Cortex-M4上完成比在Cortex-M3上完成要快得多。也就是说，对于不使用Cortex- M4上DSP或FPU功能的应用而言，其性能和功耗与Cortex-M3相同。换句话说，如果使用DSP功能，那就选择Cortex-M4.否则，就选择 Cortex-M3完成工作。

对于成本特别敏感的应用或者正在从8位迁移到32位的应用而言，Cortex-M系列的低端产品可能是选择。虽然Cortex-M0+的性能为 0.95DMIPS/MHz，比Cortex-M3和Cortex-M4的性能稍稍低一些，但仍可与同系列其他高端产品兼容。Cortex-M0+采用 Thumb-2指令集的子集，而且这些指令大都是16位操作数（虽然所有数据运行都是32位的），这使得它们能够很好的适应Cortex-M0+所提供的 2级流水线服务。通过减少分支映射，系统就能节约一些整体功耗，而且在大多数情况下，流水线将保留接下来的四个指令。Cortex-M0+还具有专用的总 线用于单周期GPIO，这意味着你能够利用位控制的GPIO实现确定接口，就像8位MCU那样，但却以32位内核的性能来处理该数据。

Cortex-M0+的另外一个重要的不同特点是增加了微型跟踪缓冲器（MTB）。该外设可使设计人员在调试过程中使用一些片上RAM来存储程序分支。这 些分支随后能够回传到集成开发环境中，而且可以重建程序流程。这一功能提供了一种初步的指令跟踪能力，这对于不具备扩展跟踪宏单元（ETM）功能的 Cortex-M3和Cortex-M4来说比较有意义。从Cortex-M0+中提取的调试信息等级显著高于8位MCU，这就意味着那些难以解决的调试 问题变得更加容易解决。

综上所述，Cortex处理器系列产品为满足你的应用性能需求而提供了多种选项。无需劳神费力，也无论针对高端平板电脑还是物联网中超低成本的无线传感器节点，你都能够发现一款适合应用所需的处理器。