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盡管高科技市場的發(fā)展起伏不定，但是嵌入式行業(yè)卻一直持續(xù)強勁地發(fā)展，在復雜性、有用和高效等方面都達到了一個前所未有的高度。隨著嵌入式應用領域的日益擴展，如：手機、磁盤驅(qū)動器、PDA、網(wǎng)絡交換機、打印機等等，要定義“嵌入式”這個概念本身正變得越來越困難。不過有一點可以肯定，那就是嵌入式領域內(nèi)的諸多應用對諸如性能、價格、功耗等各項指標有著各種不用的要求。為了適應這些不同要求，直接驅(qū)動各種應用的處理器也在同時迅速發(fā)展。舉例來說，過去的十年中，ARM處理器已經(jīng)從簡單的ARM7TDMI內(nèi)核發(fā)展到了最新的ARM11EJ-S內(nèi)核。</P><P> 從根本上來說，一個處理器(或處理器公司)的生存與成功取決于顧客的滿意度。而顧客的滿意度又由許多數(shù)量和質(zhì)量上的因素決定。質(zhì)量因素包括客戶關系、技術支持、客戶服務、新品開發(fā)、公司的穩(wěn)定性以及豐富的產(chǎn)品線等等。盡管很難用這些彈性指標來對不同的處理器提供商進行具體比較，但有一個事實，那就是多數(shù)的處理器提供商（包括IP和芯片商）在上述各個方面都做得不是很令人滿意。特別對于IP提供商來說，要做到這些似乎更加困難，因為他們首先要了解客戶的各種不同要求。舉個例子來說，一個IP提供商需要既能夠為有著豐富芯片制造經(jīng)驗的大公司提供技術支持，同樣要能夠為那些無工廠、沒有任何制造經(jīng)驗的新興設計公司提供足夠的幫助。 </P><P> 嵌入式領域?qū)μ幚砥鞯男枨蠓治?lt;/P><P> 雖然某些定量指標可以幫助用戶在不同的處理器之間進行比較，但是作一次詳盡的分析比較仍然更為重要。這些需要仔細衡量的因素包括：性能分析、功耗和效率分析、開發(fā)工具支持以及價格（要從設備和系統(tǒng)角度全面考慮）。</P><P> 嵌入式領域內(nèi)有許多種處理器性能分析方法，比如執(zhí)行一段指定程序的速度。當然，在選擇處理平臺時，最理想的測試向量應該是應用程序自己；在滿足工作要求的條件下，價格最低、功耗最小的那一個就是用戶所需要的。但是這樣的性能分析方法很難實際應用，因為需要先把用戶程序在各種不同的硬件平臺上進行移植和優(yōu)化，這個工作量會相當?shù)捏@人。尤其在眾多的處理器當中進行初選的時候，這樣的方法更不可行。</P><P> 目前，終端用戶可以使用的測試向量非常之多，問題是如何正確選擇最為接近目標應用的測試向量。換句話說，要先對最終應用程序在待選平臺上的運行情況和測試目的有明確的預期，然后再有針對性地挑選符合要求的特定測試向量。</P><P> 如今適用范圍最廣(但不是最流行)的測試向量是Dhrystone。但是EEMBC驗證實驗室（EEMBC Certification Labs, 即ECL）的最新研究表明，Dhrystone不僅不適于當作嵌入式系統(tǒng)的測試向量，甚至在其他大多數(shù)場合下都不適合進行應用。Dhrystone有許多漏洞，例如：易被非法利用、人為痕跡明顯、代碼長度太短、缺乏驗證及標準的運行規(guī)則等等。</P><P> 現(xiàn)在越來越流行的測試向量是業(yè)界統(tǒng)一標準的EEMBC測試向量。EEMBC (Embedded Microprocessor Benchmark Consortium)是一個非贏利性的機構，專門致力于幫助設計人員快速有效地選擇處理器。該協(xié)會到目前為止一共發(fā)布了46個性能測試向量，分別應用于電信、網(wǎng)絡、消費類產(chǎn)品、辦公設備和汽車電子這五大領域(更多詳細信息，請訪問<img align=absmiddle src=pic/url.gif border=0><a target=_blank href=http://www.eembc.org/about.asp> www.eembc.org/about.asp</a>)。 EEMBC另外一個重要的功能是為所有的測試向量發(fā)布一個正式的測評結果認證。這樣就有效地保證了該組織的權威性。 </P><P> EEMBC 一般使用兩種測評方法：標準型的(out-of-the-box)和全定制型的( full-fury)。標準型方法允許用戶使用各類代碼編譯器選項設置、但不可以改變測試向量的源代碼。主要目的是測試處理器和響應編譯器的能力。與之相反，全定制型方法則允許修改測試向量的代碼，用戶可以從性能最優(yōu)的角度考慮，使用匯編、專用庫函數(shù)、硬件加速程序等各種可能的有效手段，目的是測試該處理器的最大性能指標。如果用這兩種方法測試下來的結果相差很大，說明系統(tǒng)設計者在使用該處理器的時候，針對性的移植工作量將會很大。反之，如果兩者的差別很小，那么就說明很小的代碼改動(甚至可能只需要作一些編譯器優(yōu)化設置)就可能帶來大幅度的性能提高。 </P><P> 多種嵌入式處理器大比拼 </P><P> 分析和比較處理平臺既是一門科學，也是一門藝術。說它是科學，因為它講究求實事求是；說它是藝術，因為測試向量的設計和比較方法的確定充滿了變數(shù)。舉例來說：圖1比較了幾種不同處理器的性能。乍一看，摩托羅拉MPC7455顯然是最好的一款處理器；對于蘋果電腦或高端的網(wǎng)絡路由器應用來說，這的確是對的。但是再問一下，您會選擇哪一個作為手機的處理器呢？圖1中各點表明了單位功耗下各處理器的性能比較。很明顯，對于像手機這樣的電池供電設備來說，ARM1020E是最好的選擇。</P><P> 有時候，通過歸一化測試向量，用頻率來對不同的處理器做比較會比較容易。與之相對應的是，還可以用每MHz處理器完成的循環(huán)或迭代數(shù)來進行比較，這種方法能幫助統(tǒng)計系統(tǒng)每個指令花費的平均周期數(shù)（CPI ）或每個周期能夠完成的指令數(shù)（IPC）。顯然，IPC是一個有用的指標，因為它以處理器每個時鐘周期可以完成的工作量表示了該處理器的效率，這對于用電池供電的應用來說十分有用。當然，將測試向量歸一化進行比較會抹殺掉一些處理器架構體系方面的特性。設計各種不同架構體系的目的是在面對特定應用的時候，處理器能有更高的效率。例如，某些內(nèi)核被設計成帶有很長的流水線和很復雜的存儲器控制系統(tǒng)，目的是為了提高頻率性能，在一定的時間可以內(nèi)完成更多的工作。</P><P> ARM處理器微體系結構的演變 </P><P> 圖2描述了ARM處理器結構發(fā)展的過程，從一個簡單的三級流水線到先進的８級流水線結構。有趣，或者說令人驚訝的是，用單個的時鐘來對這些處理器進行比較，性能差別非常的小。然而，在現(xiàn)實應用中，ARM11顯然是ARM家族中性能最強的一個系列。這是因為ARM7TM 通常只能在200MHz以下的頻率運行，而在0.13微米工藝下，ARM11TM的運行頻率高達500-700MHz，自然就帶來了更為強大的性能。 </P><P> ARM處理器在增加流水線級數(shù)的同時，還在結構設計方面進行了別的改進。比如在ARM1026EJ-STM內(nèi)核里面，利用一個返回堆棧，可以減少子程序返回時的流水線刷新時間，從而極大地提高了系統(tǒng)性能。 </P><P> EEMBC的測試結果表明這種返回堆棧能夠提供平均1.1%的性能提高，在某些特殊的應用中，這個數(shù)字還會增加。事實上，EEMBC的大多數(shù)測試向量并不使用太多的子程序，因而在一定程度上低估了這個返回堆棧的作用。 </P><P> ARM11中另一個重要的結構改進，是靜、動態(tài)組合的跳轉(zhuǎn)預判。ARM11包含一個64端口、4種狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)目標地址緩存，用來存儲最近使用過的跳轉(zhuǎn)目標地址。靜態(tài)跳轉(zhuǎn)預判處理那些動態(tài)跳轉(zhuǎn)預判沒有在目標地址緩存里面找到的地址。通過EEMBC的測試結果分析，使用靜態(tài)跳轉(zhuǎn)預判可以正確判斷出77%的跳轉(zhuǎn)地址，使用動態(tài)跳轉(zhuǎn)預判可以達到88%的正確率，而如果把靜態(tài)和動態(tài)跳轉(zhuǎn)預判組合使用，則有92%的跳轉(zhuǎn)地址可以被正確預判。顯然這將會極大地提高IPC指標，尤其是對那些存在許多條件跳轉(zhuǎn)指令的測試向量或應用程序。 </P><P> 除了那些架構及微體系技術繼續(xù)發(fā)展之外，還有許多其他方法被用來提高處理器的性能。例如，新的ARM11支持單指令多數(shù)據(jù)（SIMD）指令，可以使某些算法的運算速度提高2-3倍。通過AMBA總線加入的特殊協(xié)處理器甚至可以使系統(tǒng)性能提高得更多。例如Amphion公司的一個JPEG2000編碼器，使用通用ARM處理器，可以滿足實時壓縮尺寸超過電視標準圖像的要求。
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中華工控網(wǎng)
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深圳市南山區(qū)創(chuàng)業(yè)路現(xiàn)代城華庭1棟6A |
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