嵌入式X86、ARM、MIPS架构对比 arm芯片将成主流?

一时失言乱红尘 2022-01-30 10:09 671阅读 0赞

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已经雄霸半壁江山!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!

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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。