三星GALAXY S4 Exynos5410处理器解析

Exynos Octa组成与核心切换机制

　　从之前三星公布的Exynos Octa技术文档当中可以看出，三星该处理器当中的Cortex-A15四核与Cortex-A7四核采用物理上分开的方式；其中A7频率为200--1200MHz，A15频率为200--1800MHz。

三星Exynos Octa

A15与A7核心规格区别（图片来自AnandTech）

三星Exynos Octa核心组成

　　虽然在物理结构上大小核之间保持独立，但是逻辑上每个A15核心和都和A7核心成为一组，每个组之间都可以根据负载大小进行“A15工作还是A7工作”这样的单独切换，而不是小的负载统一由四个A7承担，大的负载统一由四个A15承担。也就是说Exynos Octa可以像下图这样，三个A7和一个A15参与工作；目前的big.Little架构最大只能同时开启四个核心，物理上的八个核心并无法同时开启，因此说“双四核”要比“八核”更贴切一些。

A7/A15工作状态切换（图片来自Linaro）

　　当运行在大约8000 DMIPS以下的时候，LITTLE也就是四核A7工作，此时CPU平台功耗也维持在了非常低的水平；当负载大于8000 DMIPS左右的时候（或在此之前）big也就是四核A15介入工作，负载越大介入的A核心数越多。每组的A15工作时，该组A7关闭。

Exynos Octa CPU核心切换操作点（图片来自AnandTech）

Exynos Octa能耗曲线（图片来自Linaro）

三星Exynos Octa核心切换

　　至于A7/A15两种架构之间如何协同工作，负责为ARM编写SoC芯片各项功能软件接口的Linaro组织提供了两种解决方案，一种是我们在Exynos Octa上面看到的内核切换机制IKS（In-kernel Switcher），也就是所有核心无法同时开启，需要进行A7与A15之间的内核切换；另一种则是更加完善的异构多处理HMP（Heterogeneous Multi-Processing），可以实现全部A7与A15的协同工作。后者尚在Linaro的开发当中。

内核切换机制IKS与异构多处理HMP

　　三星Exynos Octa当中所采用的即为第一种方案IKS，物理上Exynos Octa当中有A7与A15两个集群（CLUSTER 0，1），但是从逻辑上我们可以将每个A7与每个A15的组合看作是一个虚拟CPU（这里的Linaro技术文档提供的仅为“双双核”架构，因此只有 CPU 0，1），每个虚拟CPU仅允许一个A7或一个A15工作，这就决定了Exynos Octa当中最多仅能有四个核心同时开启。

A15与A7之间的CCI-400互联（图片来自Linaro）

每个A7与每个A15成组（图片来自Linaro）

　　IKS的切换工作跟Android硬件当中的电源管理类似，基于软件以及硬件驱动来实现；电源管理通过用户层的策略对电压、频率等电源参数进行调整来减少系统活动功耗所需要的硬件支持，而IKS则通过测量CPU平台的工作负载进行内核切换。

Exynos Octa能耗曲线（图片来自Linaro）

　　这里的IKS不仅能够实现通常意义上的CPU频率改变，还包含了在A7/A15两种完全不同能耗特性的CPU核心间作切换。