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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(qiáng)勁地發(fā)展，在復(fù)雜性、有用和高效等方面都達(dá)到了一個前所未有的高度。隨著嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)展，如：手機(jī)、磁盤驅(qū)動器、PDA、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、打印機(jī)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(diǎn)可以肯定，那就是嵌入式領(lǐng)域內(nèi)的諸多應(yīng)用對諸如性能、價格、功耗等各項(xiàng)指標(biāo)有著各種不用的要求。為了適應(yīng)這些不同要求，直接驅(qū)動各種應(yīng)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(guān)系、技術(shù)支持、客戶服務(wù)、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(biāo)來對不同的處理器提供商進(jìn)行具體比較，但有一個事實(shí)，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?yàn)樗麄兪紫纫私饪蛻舻母鞣N不同要求。舉個例子來說，一個IP提供商需要既能夠?yàn)橛兄S富芯片制造經(jīng)驗(yàn)的大公司提供技術(shù)支持，同樣要能夠?yàn)槟切o工廠、沒有任何制造經(jīng)驗(yàn)的新興設(shè)計(jì)公司提供足夠的幫助。 </P><P> 嵌入式領(lǐng)域?qū)μ幚砥鞯男枨蠓治?lt;/P><P> 雖然某些定量指標(biāo)可以幫助用戶在不同的處理器之間進(jìn)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(xì)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(shè)備和系統(tǒng)角度全面考慮）。</P><P> 嵌入式領(lǐng)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(dāng)然，在選擇處理平臺時，最理想的測試向量應(yīng)該是應(yīng)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(shí)際應(yīng)用，因?yàn)樾枰劝延脩舫绦蛟诟鞣N不同的硬件平臺上進(jìn)行移植和優(yōu)化，這個工作量會相當(dāng)?shù)捏@人。尤其在眾多的處理器當(dāng)中進(jìn)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(biāo)應(yīng)用的測試向量。換句話說，要先對最終應(yīng)用程序在待選平臺上的運(yùn)行情況和測試目的有明確的預(yù)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(yàn)證實(shí)驗(yàn)室（EEMBC Certification Labs, 即ECL）的最新研究表明，Dhrystone不僅不適于當(dāng)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(jìn)行應(yīng)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(yàn)證及標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)的EEMBC測試向量。EEMBC (Embedded Microprocessor Benchmark Consortium)是一個非贏利性的機(jī)構(gòu)，專門致力于幫助設(shè)計(jì)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(yīng)用于電信、網(wǎng)絡(luò)、消費(fèi)類產(chǎn)品、辦公設(shè)備和汽車電子這五大領(lǐng)域(更多詳細(xì)信息，請?jiān)L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(jié)果認(rèn)證。這樣就有效地保證了該組織的權(quán)威性。 </P><P> EEMBC 一般使用兩種測評方法：標(biāo)準(zhǔn)型的(out-of-the-box)和全定制型的( full-fury)。標(biāo)準(zhǔn)型方法允許用戶使用各類代碼編譯器選項(xiàng)設(shè)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(yīng)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(biāo)。如果用這兩種方法測試下來的結(jié)果相差很大，說明系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)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(xué)，也是一門藝術(shù)。說它是科學(xué)，因?yàn)樗v究求實(shí)事求是；說它是藝術(shù)，因?yàn)闇y試向量的設(shè)計(jì)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(luò)路由器應(yīng)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(jī)的處理器呢？圖1中各點(diǎn)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(jī)這樣的電池供電設(shè)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(yīng)的是，還可以用每MHz處理器完成的循環(huán)或迭代數(shù)來進(jìn)行比較，這種方法能幫助統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)每個指令花費(fèi)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(biāo)，因?yàn)樗蕴幚砥髅總�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(yīng)用來說十分有用。當(dāng)然，將測試向量歸一化進(jìn)行比較會抹殺掉一些處理器架構(gòu)體系方面的特性。設(shè)計(jì)各種不同架構(gòu)體系的目的是在面對特定應(yīng)用的時候，處理器能有更高的效率。例如，某些內(nèi)核被設(shè)計(jì)成帶有很長的流水線和很復(fù)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(jié)構(gòu)的演變 </P><P> 圖2描述了ARM處理器結(jié)構(gòu)發(fā)展的過程，從一個簡單的三級流水線到先進(jìn)的８級流水線結(jié)構(gòu)。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(jìn)行比較，性能差別非常的小。然而，在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，ARM11顯然是ARM家族中性能最強(qiáng)的一個系列。這是因?yàn)锳RM7TM 通常只能在200MHz以下的頻率運(yùn)行，而在0.13微米工藝下，ARM11TM的運(yùn)行頻率高達(dá)500-700MHz，自然就帶來了更為強(qiáng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了別的改進(jìn)。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(jié)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(yīng)用中，這個數(shù)字還會增加。事實(shí)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(jié)構(gòu)改進(jìn)，是靜、動態(tài)組合的跳轉(zhuǎn)預(yù)判。ARM11包含一個64端口、4種狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)目標(biāo)地址緩存，用來存儲最近使用過的跳轉(zhuǎn)目標(biāo)地址。靜態(tài)跳轉(zhuǎn)預(yù)判處理那些動態(tài)跳轉(zhuǎn)預(yù)判沒有在目標(biāo)地址緩存里面找到的地址。通過EEMBC的測試結(jié)果分析，使用靜態(tài)跳轉(zhuǎn)預(yù)判可以正確判斷出77%的跳轉(zhuǎn)地址，使用動態(tài)跳轉(zhuǎn)預(yù)判可以達(dá)到88%的正確率，而如果把靜態(tài)和動態(tài)跳轉(zhuǎn)預(yù)判組合使用，則有92%的跳轉(zhuǎn)地址可以被正確預(yù)判。顯然這將會極大地提高IPC指標(biāo)，尤其是對那些存在許多條件跳轉(zhuǎn)指令的測試向量或應(yīng)用程序。 </P><P> 除了那些架構(gòu)及微體系技術(shù)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(yùn)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(shí)時壓縮尺寸超過電視標(biāo)準(zhǔn)圖像的要求。
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