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对处理器过于频繁的选择导致了一场宗教战争。揭穿占统治地位的神话是作出理性选 择的第一步。 讨论有关球队，政治，宗教，或者你所感兴趣的乐队的话题时，人们通常连眼皮也懒 得抬一下。但是当一群工程师和程序员们凑在一起，争论哪一种处理器是最好的选择的时 候，你会很倾向于选择x86系列。 人们讨论处理器时会充满热情，与讨论DRAMs 或解码器时截然相反。每个人都有其所 钟爱的选择，同时也有令他不愿再次使用的实例。传说与常识同时环绕在微处理器的周围 。有一些很有用，但很多都是迷信，由于惯例而根深蒂固。 神话1：只有很少的处理器可以选择 这是最容易被忽视的误解。当你正在设计一个嵌入式系统时，可以在多少种32位处理 器中进行选择？10种？20种？事实上，现在有超过100种不同的32位嵌入式处理器在销售（ 并且还没有算进不同的封装选择以及速度等级）。好几十家公司生产32位处理器，代表着 超过15种不同的CPU架构以及指令集。另外还有几百种16位处理器以及几百种8位处理器可 供选择，你甚至会由于资源过于丰富而感到窘迫。 神话2：Intel 处理器统治世界 一说到“微处理器”，很多人就会想到“奔腾”。主流媒体应该负部分责任。报纸上 宣称Intel占有微处理器市场95％的份额，这与实际数据几乎差了两个数量级。 从一月份所公布的情况来看，所有微处理器中只有2％左右用于制造PC（见 “The Tw o Percent Solution,”p.29）。Intel的奔腾系列在PC产业中占有支配性地位（联邦贸易 委员会由于缺乏证据终止了宣称其垄断地位的声明），不过PC在整个微处理器这块蛋糕中 只占很小的一片。另外的98％是嵌入式CPU；Intel甚至没有进入该领域的前5名。 即使我们不算入数量庞大的8位和16位芯片，只讨论32位的情况，Intel的名字也只能 排在后面。光ARM的卖主们销售的处理器就比Intel卖出的奔腾要多出3倍。 神话3：指令集无关紧要 不管你用的编程语言是 C/C++，BASIC，Ada，或是Java，你的代码最终会变成运行它 的处理器上的汇编指令。你可能并不需要知道你的CPU所提供的所有机器指令，不过指令集 确会对你的代码造成相当的影响。几行优美简练的C语言代码可能会生成一堆杂乱冗长的汇 编代码，反之亦然。 系统的性能，可预测性，甚至耗电量在很大程度上都倚赖于处于最底层的处理器指令 集，高级语言对此根本无能为力。 让我们举一个两数相乘的简单例子。这在任何语言中都是微不足道的，程序员们也不 会为此花费心思。然而不同的芯片是以不同的方式执行乘法。目前，许多RISC芯片甚至根 本不能进行乘法运算－它被认为是“不纯粹的”，并且不能成为RISC标准的一部分。许多 语言中把乘法运算美其名曰“加法和移位运算”，因此早期的RISC编译器不得不加入自己 的整数乘法功能。虽然能用，但速度不快。 现在大多数（但不是所有的）处理器都有一个内置的乘法指令。不过不是所有的乘法 器都是一样的。有些芯片对两数的乘法运算执行起来比其它芯片要快得多，并且和时钟频 率没有关系。如图1所示，一些芯片（如Hitachi的SH7604和SH7708）在至多4个时钟周期内 可以进行任意两个32位数的乘法。其它芯片（比较明显的是Motorola的68020和030）执行 相同运算要花超过40个时钟周期的时间。http://www.21icsearch.com/buzi/upimage/upf ile/20037222204340.gif 还有更怪的，就是大多数芯片的性能都无法预测。进行一次乘法的最短时间可能还不到最 长时间的一半。这有什么不同呢？更大的数需要更长的运算，并且要花更长的时间。 最终，相乘两数的顺序起了作用。在小学的时候，老师教我们乘法是可交换的，也就 是说两个乘数的顺序不会影响到计算结果。这个结论是正确的，不过两个乘数的顺序确会 影响到执行该运算的时间。在许多芯片上，相乘的时间决定于两个操作数之一。交换它们 的次序，可能会使运算时间减半。虽然如此，到底那一种次序最好，就要看运气了。 以上所述在高级源代码中是无法获得的。几乎没有C编译器会说明这些不同，因为大多 数用户－嵌入式系统开发者们－从来不会问。许多处理器的用户根本不知道芯片壳子下面 到底在进行着什么。 神话4：RISC比CISC要优秀 我们在3月份时谈到了这个话题，所以这里我只说RISC与CISC是不同的（"RISCy Busi ness," p.37）；没有一个会一直都比另一个好，两者都有其优势。CISC芯片提供了更好的 代码深度（更少的内存引脚）以及更成熟的软件工具，而RISC芯片有更高的时钟速度和更 诱人的市场。选择那一种由个人决定，但最好是大家比较熟悉的型号。 神话5：Java芯片就要来到 圣诞节也是如此。事实上，圣诞节离我们要近得多，因为它今年就会来到。相对于圣 诞节，Java芯片与圣诞老人有更多的相似之处：对于天真的年轻工程师们是一个美妙的神 话，而他们还不够成熟，无法知道更多。 Java在很多方面都令人关注，其中的多数都与市场有关。不过将它在硬件上实施也是 非同一般的困难。很多公司都尝试过生产一种“全Java”微处理器，最终都在某一阶段失 败了。这一趋势看来还会继续。 如果不去考虑这一绝妙的讽刺－针对Java的硬件独立性－的话，那么Java处理器最终 义无返顾地踏入了低级逻辑的门槛。Java语言从来就没有意味着直接在硬件上运行，现在 也表明了这一点。废物收集，线程，面向栈，以及目标管理等特性几乎要占用1M字节左右 的Java虚拟机，并且转换成为即使今天最快的微处理器都只能勉强执行的代码。计算机科 学经过了几十年的发展，并且全世界范围的高校和公司都进行了研究，然而对于开发Java 机器仍然一事无成，这并非偶然。 今天，Java“加速”芯片从Nazomi，Zucotto，inSilicon，Octera以及很多其它的公 司都可以得到。其中大多数都可以在硬件上执行30％～60％的Java字节码。剩下的代码都 在软件上操作，原因很简单，不这样不行。依照标准的80/20准则，这些芯片加速了最常用 的Java指令的执行，并对Java整体性能有明显的提升。不过离100％的Java硬件执行的大话 还差得远。 经过几年快速发展，Java芯片看来已经稳定在60％的水平上。Sun自己已经退出了它J ava芯片的研究。现在已经到了收益递减的阶段，在硬件上执行剩下的Java指令已经没有什 么价值了。如果你有Java芯片的市场需要的话，现在是时候了。 神话6：Dhrystone MIPS是一个很有用的基准测试 MIPS这个术语在微处理器领域传播得比任何其它术语都要广泛。现在它完全就是空谈 ，除非你把它作为毫无意义的性能指标，介绍给推销人员。 就像前面说的， 处理器之间的指令是不一样的，因此对它们的比较与计算也是无益的 。就好像说德语中的挡风玻璃擦（Windschutzscheibewischerbl鋞ter）比英语中的要长一 样。 MIPS一般来说起源于所谓的Dhrystone 基准测试。Dhrystone已经有30多年的历史，是 用PL/I编写的，用来对VAX 11/780 与其它型号的主机进行比较。它仅有4KB的代码，很适 合在cache中运行，不进行任何有意义的工作。由于它体积很小，而重要性确被夸大，因此 我们不得不说，Dyrystone被进行了相当多的优化。有的C编译器带有一个dhrystone开关， 可以大大提高测试结果。今天的MIPS等级通过用Dhrystone测试的分数除以1757得到，因为 1757是1970s第一台VAX的分数。现在，人们用已经翻译为C语言的一段4KB的PL/I代码来衡 量VAX级的主机，不知道在重复执行了多少次后，最终得到一个分数，而行销商们会在这个 分数后面“不小心”额外地印上一个0。现在它还有什么用？ 神话7：价格与性能成正比 微处理器的销售现在和卖香水一样：标签上的价格与组件的成本根本没有关系。试着 把成本与价格扯上点关系确实挺吸引人的，不过还是省省吧－根本就没那回事。成本是制 造一个芯片的花费；而价格是行销部门给这个芯片的定位。很幸运，由于市场的压力，我 们的行业总是使产品的价值上升，而价格下降。作为芯片的购买者，我们获益于残酷的成 本削减以及市场份额的贸易竞争。 制造一个硅芯片的成本和其内部硅的量没有关系。成本主要决定于分期偿还的企业管 理费用，以及生产线的折旧费。但是，价格确要决定于市场的导向－良好的供应与需求。 如果你的芯片能运行Windows XP，你就要为其付出相当代价。如果它不能，则同样多的硅 的价格就会大大降低。 即使在嵌入式领域，也存在$15的处理器性能超过$150处理器的情况。价格是可以商量 的，有回旋余地的，并且完全无法预测。多逛逛市场吧。 神话8：ARM的能耗最低 在微处理器领域有很高声誉的品牌很少，而ARM是其中名声最棒的。按照它们自己的说 法，ARM的芯片具有几乎不可思议的能力，只要有一些太阳能，或是摩擦一只猫产生的电能 ，它就可以运行。看起来一个ARM处理器，两个柠檬，再加上一些铜线，就足够制造出最先 进的PDA。 象许多神话一样，这个神话也来源于事实，不过这个事实已经改变，而神话却传播开 来。在上世纪90年代初，ARM是嵌入到ASIC中的首批32位处理器之一，而不是需要焊接安装 的分立芯片。与当时的大型芯片68030，29000以及486DX相比，小巧的ARM6要消耗更少的能 量，并以热量形式散发出去。这是因为ARM没有浮点运算单元，没有高速缓存，没有外部总 线，也称不上拥有什么指令系统。 现在有大量的ASIC核心的32位处理器芯片可供选择。许多都比ARM7要小，更不要说更 新的ARM10或ARM11了。许多处理器的功耗更低，在待机和工作状态都是如此。如果功耗是 你首要考虑的项目，无论如何也要考虑一下ARM。不过10年的技术进步和竞争已经使ARM落 入能耗排名的中游。 神话9： 第二供应商渠道曾经是任何公司采购部门的暗语。通常硬件工程师无法指定任何组件 ，除非有两种以上的资源可供选择。如果是电阻器的话这是好事－减少了风险以及对任何 供应商的依赖－不过现在对于微处理器来说这是不可能的。 的确，你可以从几十个不同的供应商那里得到MIPS芯片，比如NEC、PMC-Sierra、IDT 、以及Intrinsity等，不过它们相互之间是不可互换的。它们都执行同样的指令集，但它 们的总线、引脚、外围设备、速度以及封装都不相同。顶多程序员可以保留他们的大部分 代码不变，而硬件工程师们就不得不重新设计一个系统。 曾经有一个时期Motorola和Hitachi都提供同一种68k处理器，DMA控制器以及其他一些 芯片。Intel 和 AMD也曾经互相作为对方的第二供应商（还记得Intel和AMD成为朋友的那 段时间吗？）。很多8051或6805系列中的低端部分过去也曾经有过同时存在双方甚至三方 供应商的情况。然而，竞争结束了那段岁月。现在，每一个处理器芯片都是独一无二的， 即使指令集不是。 神话10：处理器市场大波动 现在市场上有100多种32位嵌入式处理器在销售，那么市场上就必须有非常多的机会来 支持。谁赢谁输？变革就要来了，谁会第一个成功度过？ 可能没有。实际上，嵌入式处理器的数量还会增长，而不会缩减。100种以上的芯片都 在进行批量生产，并且有大量满意的客户不想再用其他产品。这些芯片都有出现的理由， 而这种理由会越来越多。MP3播放机，数字-视频摄像机，汽车控制电路，以及其他新型玩 具都无时无刻不在涌现，而它们每一种都需要一个不同种类的新型的处理器。典型的嵌入 式系统和典型的嵌入式处理器简直就是绝无仅有的。只要嵌入式开发人员发明了新的设备 ，新的嵌入式处理器就会出现在那，供人使用。 本文作者Jim Turley 简介：Jim Turley是一位独立分析家，专栏作家，主要在微处理器和 半导体知识产权领域发表文章。他过去曾是"Microprocessor Report" 以及 "Embedded P rocessor Watch"的编辑。他的E-MAIL是 jim@jimturley.com ※ 来源:．碧海青天 bbs.dlut.edu.cn．