在纵观市面上包括商显终端在内的主流物联网设备所采用的芯片时,你会发现ARM已经雄霸半壁*!ARM的合作伙伴们基于ARM的设计向移动和嵌入式市场的出货量已经达500亿片!
对比全球最主要的三大架构X86、ARM、MIPS架构分析, ARM芯片会成为物联网行业的主流? 指令集可分为复杂指令集(CISC)和精简指令集(RISC)两部分,代表架构分别是x86、ARM和MIPS。ARM、X86、MIPS这三大架构大家都不陌生, Intel因为普及于台式机和服务器而被人们所熟知,MIPS在32位和64位嵌入式领域中历史悠久,获得了不少的成功,而在移动互联网时代ARM无疑成为霸主。
X86 CISC
X86使用复杂指令集CISC,X86 CISC是一种为了便于编程和提高记忆体访问效率的芯片设计体系,包括两大主要特点:一是使用微代码,指令集可以直接在微代码记忆体里执行;二是拥有庞大的指令集,拥有包括双运算元格式、寄存器到寄存器、寄存器到记忆体以及记忆体到寄存器的多种指令类型。
X86架构
优势:
能够有效缩短新指令的微代码设计时间,允许实现CISC体系机器的向上兼容,新的系统可以使用一个包含早期系统的指令集合。另外微程式指令的格式与高阶语言相匹配,因而编译器并不一定要重新编写。
缺点:
1、通用寄存器规模小。
X86指令集只有8个通用寄存器,这就意味着CPU大部分时间在访问存储器内的数据,将影响整个系统的执行速度。
2、解码器影响性能。
解码分为硬件解码和微解码,对于简单的x86指令只要硬件解码即可,速度较快,而遇到复杂的x86指令则需要进行微解码,并把它分成若干条简单指令,速度较慢且很复杂。
3、寻址范围小
X86指令集的寻址范围小,大大约束了用户的需求。
4、结构复杂
X86 CISC相对来说结构复杂,很难将CISC全部硬件集成在一颗芯片上。
MIPS RISC
MIPS的意思“无内部互锁流水级的微处理器”,其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。MIPS采用精简指令系统计算结构(RISC)来设计芯片。
MIPS架构
优势:
1、支持64Bit指令和操作
2、MIPS有专门的除法器,可以执行除法指令
3、MIPS内核寄存器比ARM多一倍,也就是说在同样性能下,MIPS功耗比ARM更低,同样功耗下性能比ARM更高
4、MIPS指令比ARM多一些,执行部分运算时更灵活
缺点:
1、MIPS内存地址起始有问题,这就导致MIPS在内存和cache的支持方面受限,单内核无法承受高容量内存配置
2、MIPS技术大发展方向是并行线程,从核心移动设备的发展趋势来看,并不是未来主流
3、MIPS虽然结构更简单,但采用顺序单/双发射,执行指令流水线周期远不如ARM高效
4、商业化进程落后,至今还停留在高清盒子打印机之类的产品上
5、软件平台落后,应用软件少
ARM RISC
ARM全称为Acorn RISC Machine,是英国Acorn有限公司设计的低功耗成本的第一款RISC微处理器。ARM RISC是为了提高处理器运行速度而设计的芯片体系,它的关键技术在于流水线操作即在一个时钟周期里完成多条指令。
ARM架构
相较复杂指令集CISC而言,以RISC为架构体系的ARM指令集的指令格式统一、种类少、寻址方式少,简单的指令意味着相应硬件线路可以尽量做到最佳化,从而提高执行速率。
优势:
ARM处理器最主要的特点是:耗电少功能强、16位/32位双指令集和合作伙伴众多。具体来说包括以下几个方面:
1、体积小、低功耗、低成本、高性能;
2、支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集,能很好的兼容8位/16位器件;
3、大量使用寄存器,并且大多数数据操作都在寄存器中完成,指令执行速度更快;
4、寻址方式灵活简单,执行效率高;
5、指令长度固定,可以通过多流水线方式提高处理效率
缺点:
ARM要在性能上接近X86,频率就要比X86处理器高,这就会造成高能耗。
物联网最大价值之一就是通过大量的传感器收集所需数据,通过对这些数据进行计算后再提取有价值的数据,因此物联网的首要前提就是广泛的智能终端设备与传感器的连接。芯片是实现物物相连的关键,物联网的芯片偏重于解决低功耗、高整合度,低功耗连接使开发人员能够为功耗受限的设备添加更多功能,同时保持尺寸小巧,从而扩大了其应用可能性。添加集成度越来越高的元件,通过即插即用方案简化新应用的开发,快速将新设备推向市场。而这些恰恰正是ARM的优势。
朗锐智科(www.lrist.com)在嵌入式行业十多年的经验来看,ARM架构,具备低功耗、高性价比、深度定制的特点。对于安卓,ARM已然成为标准。拥有着低功耗,简明的64位设计,异构计算,以及作为移动计算的标准,因此在物联网时代ARM称霸就不足为奇了。