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ARM和X86嵌入式工控机比较

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ARMARM 和和 X86X86 嵌入式工控机比较分析嵌入式工控机比较分析CISC 的典型代表是各种 X86 的 CPU,ARM 则是 RISC 最常见的处理器关于 ARM 和 X86 架构上的比较也就代表了 CISC 和 RISC 的发展趋势RISC 架构系统在嵌入式领域广泛应用(比 X86 有更大的出货量)比较重要的有几个原因:(1)因为有成熟的处理器 IP 可以直接加以利用,可以减少芯片的研发周期、降低开发难度,开发周期比较短,芯片做得针对性很强; (2)功耗低,嵌入式系统大多都是在很多特定场合使用的,譬如手持设备在有限的空间里面,散热也是个大问题X86 的 CPU 需要南桥和北桥来扩展内存控制器、PCI 控制器、AGP 控制器、ATA 控制器、USB 控制器等,这样系统结构复杂,但是扩展性很好,不适合专用设备,但是很适合通用设备,因此在 PC 和服务器中得到了广泛的应用ARM 处理器更接近于 SOC(System on Chip),一颗芯片上集成一个系统,事实上正是如此,譬如专门的手持设备的 ARM,就是一个ARM Core,然后集成 SDRAM Controller、FLASH Controller、LCD Controller 和 Uart 等,然后集成以太网 MAC 或者专门的 Network Engine,甚至还会集成专门的 AC97、MMX 等迎合不同的应用需要。

采用 ARM 处理器的结果就是,在板级的时候,硬件结构非常简单,可以简单的把 ARM 平台的嵌入式系统认为是:CPU + SDRAM + Flash +I/O + Power Supply软件上,X86 系统复位以后,首先运行的是 BIOS,根据硬件的具体设置对 I/O、 IRQ、地址空间等进行初步的分配管理;接着是 boot manager,譬如 NT Loader 或者 Linux,它会对 CPU 系统进行进一步的设置,然后 Load OS kernel &root filesystem,把硬件的控制权交给 OS对于 ARM 嵌入式的系统,基本上过程存在一些差异,在 Flash的某个特定地址存储了 boot loader,这里的 boot loader 相当于集成了 X86 系统的 BIOS + Boot Manager 的功能,复位启动 boot loader,然后加载 load Linux kernel & root filesystem比较 ARM 和 X86 这两个架构之间的差异包括如下几点:(1)ARM 处理器本身集成了丰富的常用控制器接口;X86 没有提供控制器接口,通过南北桥扩展外设。

ARM 平台的架构比较简单,不需要太多的硬件电路,X86 系统则比较复杂2)ARM 处理器的外设空间是统一制定的,由存储器控制器进行管理;X86 的外设空间由 Mem 和 I/O 这两套独立的空间构成,并分别由不同的控制器控制,结构略显复杂3)ARM 采用先进的 RISC 技术,并辅上独特设计,保证其超低功耗的品质;X86 因为其 CISC 结构,始终存在大功耗的毛病,并据此而伴随散热、噪声等一系列问题需要解决4)ARM 作为先进的微控制器,芯片的集成度非常高,采用了SOC 的设计思路,降低了系统的复杂度;X86 集成度相对较低、结构庞大,造成的结果是无法在速度、可裁减性、稳定性等方面进行性能的总体提升因此 ARM 处理器在嵌入式应用上的优势是相当明显的,用 ARM架构取代传统的 X86 架构是嵌入式应用中的必然趋势X86X86 的发展壁垒的发展壁垒开发 X86 平台的设备还是有很多困难需要解决的:(1)现在 X86 已经发展到很高的水平,如奔腾 4 的晶体管数超过四千万,生产上也需采用最先进的 0.13 微米工艺,只有Intel 等少数公司有这样的设计和生产能力这样高水平的设计难度对设计工具和设计经验的要求,以及对半导体生产工艺的要求等等方面都远超过目前能实际掌握的技术水平。

2)要兼容 X86 存在着知识产权壁垒,因为这里牵涉到 Intel的某些专利,为此,其他想 Intel 的专利是非常困难的3)尽管微软和英特尔公司在 X86 架构的垄断地位是无法突破的Intel 的 X86 处理器能够发展到今天的地步,微软的 OS 支持起了关键作用可以说,没有微软在 OS 方面的支持就没有 X86在这样的模式下,开发 X86 的 OS 就是一个黑盒子,开发这样的嵌入式设备就失去了意义采用采用 ARMARM 技术的有利条件技术的有利条件目前对国内的大多数公司、实验室、研究院而言,切实可行的做法是为各种信息设备开发嵌入式的 CPU,它不必有很高的性能,也不必和 X86 结构兼容,这样做的有利条件如下:(1)信息设备种类众多,每类中的各种新产品也层出不穷,与高度标准化的 X86 只有基本采用南北桥的经典结构完全不同,信息设备产品的这种特点使大公司很难垄断,小公司容易找到自己的发展空间2)芯片设计技术、第三方工具已有很大发展所有 ARM 都将一个完整的系统集成在一个芯片上,称为单芯片系统,即 SOC这一技术使开发速度大大加快,掌握 SOC 技术就可以实现跨越式发展,不必走外国公司已走过的老路。

3)与 ARM 相配套的软件,从嵌入式 OS(包括 Linux 和其他自主 OS)到在它上面运行的应用程序,不像 X86 的软件那样受到微软垄断的影响,完全可以在国内自主开发4)嵌入式处理器对半导体生产工艺的要求较低,多数不必采用最先进、昂贵的半导体工艺,解决了国内半导体生产能力的问题对于复杂性相对较低的嵌入式处理器,在芯片面积由引线数决定时,用较低的工艺生产反而比用较高的工艺生产更为经济,因此发展嵌入式处理器符合我国半导体生产水平的现状5)我国有信息设备的巨大市场和强大的 IT 制造业,一旦开发出有效的应用产品,可以迅速实现产业化掌握了信息设备的核心技术,就可以有较高的技术附加值,这些设备的出口也将有很好的前景。

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