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ARM處理器在工業(yè)領(lǐng)域能否分掉X86那杯羹?

AGk5_ZLG_zhiyua ? 來源:未知 ? 作者:劉勇 ? 2017-11-29 06:32 ? 次閱讀
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工業(yè)4.0快速發(fā)展,ARM處理器的應(yīng)用也越來越廣泛,是什么讓ARM處理器在工業(yè)領(lǐng)域分掉X86的那杯羹呢?

51單片機(jī)到ARM處理器,嵌入式微控制領(lǐng)域不斷更替交疊,伴隨而來的是技術(shù)的不斷發(fā)展和生產(chǎn)力水平的不斷提高。

目前在工業(yè)控制系統(tǒng)中大量應(yīng)用了嵌入式ARM,如工業(yè)過程控制、電力系統(tǒng)、石油化工、數(shù)控機(jī)床等,ARM嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展促進(jìn)了工業(yè)控制自動化程度的提高。

圖1 ARM的廣泛應(yīng)用

多方業(yè)內(nèi)人士表示,ARM會是趨勢,未來嵌入式市場可能會形成中高端會是X86主導(dǎo),低端由ARM的產(chǎn)品蠶食的雙雄格局。

但同學(xué)你知道ARM和X86架構(gòu)是什么嗎?有什么區(qū)別?你能清楚的表述出嗎?別懵逼,跟我走。

大學(xué)一本《微機(jī)原理和接口技術(shù)》教會了我們什么是CPU——中央控制器,它是一個執(zhí)行部件,它之所以能執(zhí)行,也是因?yàn)槿藗冊诶锩嬷谱髁藞?zhí)行各種功能的硬件電路,然后再用一定的邏輯讓它按照一定的順序工作,這樣就能完成人們給它的任務(wù)。

所以它主要由運(yùn)算單元、控制單元、寄存單元三部分組成,從字面意思看運(yùn)算單元就是起著運(yùn)算的作用,控制單元就是負(fù)責(zé)發(fā)出CPU每條指令所需要的信息,寄存單元就是保存運(yùn)算或者指令的一些臨時文件,這樣可以保證更高的速度。

圖2 CPU內(nèi)部架構(gòu)和工作原理

CPU的速度和功率效率是至關(guān)重要的。速度影響用戶體驗(yàn),而效率影響電池壽命。最完美的設(shè)備是高性能和低功耗相結(jié)合。

從CPU發(fā)明到現(xiàn)在,有多種架構(gòu),從最基本的邏輯角度來分類的話,它們可以被分為兩大類,即“復(fù)雜指令集”與“精簡指令集”系統(tǒng),而X86和ARM處理器的第一個區(qū)別是,前者使用復(fù)雜指令集(CISC),而后者使用精簡指令集(RISC)。

表1 CISC與RISC對比表

網(wǎng)上有個有趣的例子來說明兩者的不同。比如說我們要命令一個人吃飯,那么我們應(yīng)該怎么命令呢?

我們可以直接對他下達(dá)“吃飯”的命令,也可以命令他“先拿勺子,然后舀起一勺飯,然后張嘴,然后送到嘴里,最后咽下去”。

從這里可以看到,對于命令別人做事這樣一件事情,不同的人有不同的理解,有人認(rèn)為,如果我首先給接受命令的人以足夠的訓(xùn)練,讓他掌握各種復(fù)雜技能(即在硬件中實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的復(fù)雜功能),那么以后就可以用非常簡單的命令讓他去做很復(fù)雜的事情——比如只要說一句“吃飯”,他就會吃飯。

但是也有人認(rèn)為這樣會讓事情變的太復(fù)雜,畢竟接受命令的人要做的事情很復(fù)雜,如果你這時候想讓他吃菜怎么辦?難道繼續(xù)訓(xùn)練他吃菜的方法?

我們?yōu)槭裁床豢梢园咽虑榉譃樵S多非?;镜牟襟E,這樣只需要接受命令的人懂得很少的基本技能,就可以完成同樣的工作,無非是下達(dá)命令的人稍微累一點(diǎn)——比如現(xiàn)在我要他吃菜,只需要把剛剛吃飯命令里的“舀起一勺飯”改成“舀起一勺菜”,問題就解決了,多么簡單。

這就是“復(fù)雜指令集”和“精簡指令集”的邏輯區(qū)別。

而作為ARM與X86在嵌入式市場對決的主戰(zhàn)場,在工業(yè)4.0中哪個有更有優(yōu)勢呢?

圖3

1、運(yùn)算性能

  • X86架構(gòu)的工業(yè)電腦比ARM架構(gòu)的工業(yè)電腦在性能方面要快,綜合運(yùn)算能力強(qiáng),但由于不具有實(shí)時系統(tǒng),無法做到快速零啟動;

  • ARM的優(yōu)勢在于效率,在完成綜合性工作處于劣勢,而ARM可快速啟動進(jìn)入狀態(tài),在任務(wù)相對固定的工業(yè)應(yīng)用場合其優(yōu)勢就能發(fā)揮得淋漓盡致。

2、操作系統(tǒng)兼容性

  • 幾乎所有X86硬件平臺都可以直接使用微軟的視窗系統(tǒng)及現(xiàn)在流行的幾乎所有工具軟件,所以X86系統(tǒng)在兼容性方面具有無可比擬的優(yōu)勢;

  • ARM幾乎都采用Linux的操作系統(tǒng),而且?guī)缀跛械挠布到y(tǒng)都要單獨(dú)構(gòu)建自己的系統(tǒng),與其他系統(tǒng)不能兼容,這也導(dǎo)致其應(yīng)用軟件不能方便移植,也制約了ARM的發(fā)展和應(yīng)用。

3、系統(tǒng)安全性

  • 這是由于Windows軟件平臺的高兼容性,軟件病毒容易侵入,引起電腦藍(lán)屏或者死機(jī),危害系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全;

  • 而linux系統(tǒng)作為開放源代碼構(gòu)架,用戶可以找出自己系統(tǒng)所存在的安全問題,并采取相應(yīng)的防范措施以應(yīng)對潛在的安全威脅。

圖4 windows系統(tǒng)遭受勒索病毒

圖5 linux用戶及時更新補(bǔ)丁

4、系統(tǒng)功能

  • X86硬件資源一般不接受客戶個性化定制,定制化程度低,多作為整機(jī)銷售,容易為客戶造成接口資源浪費(fèi);

  • 嵌入式ARM產(chǎn)品多為定制化產(chǎn)品,可根據(jù)客戶具體需求開放接口資源,為用戶提供更合適、優(yōu)質(zhì)的方案。

圖6 X86工控機(jī)資源豐富,功能裁剪耗費(fèi)精力,造成資源浪費(fèi)

圖7 ARM豐富的接口資源,定制化程度高

5、二次開發(fā)

  • X86硬件多為高速信號,各種接口工控擴(kuò)展需要復(fù)雜的電路設(shè)計及高難度的PCB設(shè)計,硬件的高度集成,導(dǎo)致擴(kuò)展電路復(fù)雜難懂,穩(wěn)定性難以保證;

  • ARM硬件設(shè)計簡單,CPU集成多種接口功能,設(shè)計開發(fā)難度低,常規(guī)電子工程師就能完成ARM工控板的二次開發(fā),穩(wěn)定性高。

6、生產(chǎn)工藝

  • X86主頻高、高頻信號多、而工業(yè)現(xiàn)場對電磁兼容性、電磁干擾要求較苛刻。高頻信號同時導(dǎo)致功耗較大,進(jìn)而對生產(chǎn)工藝提出高要求,目前如奔騰 4 的晶體管數(shù)超過四千萬,生產(chǎn)上也需采用最先進(jìn)的 0.13 微米工藝,只有Intel 等少數(shù)公司有這樣的設(shè)計和生產(chǎn)能力;

  • ARM的架構(gòu)功能簡單,EMC保護(hù)等級較高,對半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝的要求較低,多數(shù)不必采用最先進(jìn)、昂貴的半導(dǎo)體工藝,解決了國內(nèi)半導(dǎo)體生產(chǎn)能力的問題。

7、工業(yè)品質(zhì)

  • X86工控機(jī)主要領(lǐng)域?yàn)樯逃煤图矣眯袠I(yè),相對于民用來講,工業(yè)控制對嵌入式系統(tǒng)各方面的要求相對較高,工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場可能是高溫、高壓、易燃易爆、高噪音、高電磁輻射、帶有腐蝕性氣體或液體等的極其惡劣的環(huán)境,若處理不當(dāng)或不及時,隨處隱藏著可以釀成重大安全事故的隱患,如下圖 8所示:

  • ZLG致遠(yuǎn)電子精心推出的ARM核心板和工控整板都是完全符合工業(yè)級要求,工作溫度可在-40℃-﹢85℃,在高溫高壓密封容器、高速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)器、高強(qiáng)度作業(yè)機(jī)械等領(lǐng)域得到了事實(shí)驗(yàn)證。

圖8 某主流X86型號工控機(jī)工作溫度要求

圖9 ZLG致遠(yuǎn)電子ARM板工業(yè)級溫度范圍

“工業(yè)4.0領(lǐng)域的未來是ARM的,也是X86的,但是歸根到底是ARM的”,相信ARM勢必憑借自身優(yōu)勢,借助工業(yè)4.0的機(jī)遇一展宏圖。

圖10 ARM處理器用于自駕車以及醫(yī)療等領(lǐng)域

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原文標(biāo)題:為什么工業(yè)領(lǐng)域ARM處理器必然超越X86?

文章出處:【微信號:ZLG_zhiyuan,微信公眾號:ZLG致遠(yuǎn)電子】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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