· ARM 32位架构现在是筛选8位架构的最强壮提名人。
· 由于32位处理器依赖于更小的工艺结点，因而添加了取得相同价格与能效的时机。
· 每种处理器巨细与类型都能最好地服务于一个特定的问题范畴，确认了取得最佳方针设备与软件的开支。
· 立异可以来自任何办法—乃至或许包括为进步速度而减小标准。
· 单一开发计划或许会束缚那些或许发现并处理新时机的类型。
某个处理器会一致天下吗?这种主意是否是一个好主意?
嵌入式核算的生态体系十分相似于《指环王》中的中土大陆，只不过其间没有精灵、矮人、霍比特人和人类自身， 而是休息着一切类型的处理架构。各种微处理器、数字信号处理器以及微操控器的优化组合，满意了规划人员巨大的规划需求。
我的这一类比源于最近读的一些文章和在线评论。总体上，它们都问着两个问题：是否8位处理器正在消亡?ARM是否在赢得处理器大战?这两个问题潜意识都在期望着一种一致的架构。这些文章和评论都认为，ARM架构将成为较小位宽微操控器棺材上的终究一根钉子，乃至或许在一些运用中抢占其它32位微处理器的空间。在这个快速变幻的生态体系中，ARM架构的确可以一致天下吗?
这种类比仅仅对这些问题及相关评论中遍及包括的一致架构主题的一种描绘，而不意味着对所评论处理器架构或支撑这些架构的生态体系公司的一种断语。但至少对我来说，这种类比供给了一个可见且简直触手可及的图画，从中可以看出，不久以后的某天，单一处理器架构或许终究宣告8位和16位架构的逝世，并或许争夺传统上归属于32位和更大微处理器的运用。
这种处理架构的一致天下是或许的吗?这是咱们想要的成果吗?
让咱们开端如下的演练：约好就本钱、作业负荷才干及功耗等方面而言， 某款3 2 位处理器现已取得或逾越了用于某特定作业负荷的某款8位处理器的功用。在这里用“约好”这个遣词，并非要防止数据表争议，而是为了着重任何处理器对其它处理器的替代都是根据个例完结的，是以显式作业负荷(预期或现已完结)为布景，在显式替代者之间做的区别。当替代者逾越现有完结者时，就存在着一个向替代者搬迁的时机。
但是，在作业负荷以及可用处理选择生命周期内将某个作业负荷搬迁到一款替代器材上，并不同等于将它搬迁到一个特定的替代器材上，由于现有处理器的宽度或架构完结都会被逐步抛弃。
举个比如，考虑长期以来有关FPGA的相似争议，即所谓FPGA会把DSP逼上死路。曩昔现已重复屡次证明了，FPGA可以恣意完结广泛的信号处理作业，比专用DSP更快也更高效。但对确认的作业负荷，假如某种处理器包括了用于特定作业负荷完结的最优履行单元类型与数量，则FPGA将不再具有功用与功率的优势。
现实上，当时信号处理作业的实在状况是这样的：开始，某个待开发的作业负荷是在一个高功用微处理器或DSP上，以仿真和原型办法用软件完结。跟着作业负荷完结的改变与不确认性趋于稳定，开发人员会将其搬迁到一个FPGA，做功用、价格与功耗的优化。一旦规划人员使作业负荷习惯了许多大批量规划，半导体公司就或许决议出产一种专用处理器或协处理器，其间包括了用于特定作业负荷的微处理器或DSP;而这个开发作业也将决议作业负荷的另一次搬迁，这次是将软件完结搬迁到上述器材上。这些搬迁没有一条是形成微处理器、FPGA 或DSP趋于过期的原因。
最有用点
完结这些不同的处理(微处理器、DSP和FPGA)的实在体会是，其间的“最佳选择”要取决于方针处理的类型，因而在相同规划中，它们一般是相等的。相同地，“8 位何时逝世”这个问题也是指不同环境吗?
借助于各种处理的最有用点的散布图(图1)有助于给出这些搬迁事情或许呈现差异的办法与原因。图中将每种处理器的架构映像到一个二维空间，将一个规划的处理杂乱性标明为核算或作业强度与一个体系有必要办理的环境量的函数。
作业强度标明在横轴，可以标明在一个单位时刻或能量内，体系需求的处理功用峰值、总量或持续量。处于散布规划最左端的作业负荷优化到了一个有限的能量预算，而最右端的则优化为有限的完结时刻预算。
竖轴标明一个体系有必要办理的环境量，可以是体系内部状况、体系输入输出数量(不管结构上是分级仍是会聚)，乃至可以是体系有必要支撑的或许状况或条件操控流水平。
对两种杂乱性的丈量使得首要处理器架构可以映射到它们最适于作业的区域内。虽然这一规划为每种类型处理架构选择都给出了特定区域，但各个区域的鸿沟之间一般有显着的堆叠，图1中各区之间的堆叠未清晰标示出，是为了不使本已繁复的图画显得更杂乱。在每个确认的区域内，落在该区内的处理办法都有相同的架构特性，不同于其它区域中的器材(见附文:“架构的差异”)。
与已确认的最有用点区不同的是，不同处理器的位宽并非互斥到专门的处理器架构上(图2)。但显着，4位和8位处理器仅落在微操控器区(FPGA中用作微操控器的8位软核是技能破例)，特别是32位微操控器，它被认为夺取了8位微操控器的位置，因而也强化了8位处理器正趋逝世问题的正确性。
4位处理器坐落最有用点散布的左下方(图2)，它们被显式包括的原因是，各家公司都仍在批量制作4位处理器，虽然缺少供货商与用户的揭露营销。现实上，各公司对4位商场的参加都遮遮掩掩，首要是出于竞赛原因。但我通过与业内人士的深化沟通，整理出了一些不为人知的有用内情。
这些公司并不向公共开发人员社区售卖自己的4位处理器，这不同于8位、16位和32位处理器一般的商场营销办法。与那些供给技能前沿处理器(在散布图的最右边)的公司相同，4位处理器供给商也会主动地寻觅并辨识那些能最好地运用自己处理器的规划人员，而忽视其他人。一家4位处理器供给商会去挨近一位潜在的开发人员，研讨特定的完结细节，证明其4位器材可认为该开发人员的规划与终究产品供给差异化特色。
4位处理器只为特定的大批量产品而出产。有些(乃至一切)4位处理器仅以ROM器材办法供给。为习惯验证掩膜套件的高强度人工劳作，这类器材供货商束缚只供给那些会有超大批量的客户。
此外，4位处理器仅以汇编言语编程。软件开发东西的费用在1万美元区间，而那些奉告我这些信息的公司说，供货商会向其客户租借开发东西，而不是出售东西。
4 位处理器的最有用点是单电池运用，其典型寿命为10年，器材或许只在1%的时刻内作业，而其它99%的时刻都是处于待机形式。4位处理器一个有意思的差异化要素是它们可以在0.6V下作业，这样就具有了较8位处理器的功耗优势。别的，4位处理器自1990年以来就现已能支撑能量收集规划，而8位、16位和32位处理器供货商在近几年才刚刚开端供给开发与演示套件。
尽力取得正确的标准
咱们正看到32位微操控器的价格与能耗都到达了与8位微操控器相同的水平，乃至已在这些参数上逾越后者，这是或许的吗?
先看价格。32位器材的出产选用了最新的工艺标准，而8位器材仍运用较大工艺结点，在底子被弃用的工厂里制作。虽然32位中心的总线要宽四倍，但当两个工艺结之间的间隔添加时，每个CPU所耗费的相对硅片面积却简直相同。别的，在较大器材中，中心自身占用硅片比例表现出削减趋势，内存与外设会占有首要的硅片面积。现实上，32位微操控器在多年前就突破了1美元屏障，而最小的器材乃至突破了50美分的价格点，到达了与8位微操控器适当的价格区间。
不过，有些本钱是32位微操控器有必要担负，而8位器材可以防止的。咱们提到过出产设备的折旧。此外，由于咱们假定的32位器材是一款ARM微操控器，其价格还有必要包括运用ARM IP(常识产权)的授权费用，这进一步削减了相对边沿。
还有个现实也有相同作用，那便是32位器材要有更会集的支撑，因而运用32位IP使半导体公司通过与其它公司同享开发资源，以均衡某些支撑本钱。8位器材的支撑本钱较低，由于方针运用不管在规划和规划上都很简略，作业在“低”时钟速率，而且除供货商以外，还有极具专业和协作性的开发者/用户社区支撑。简言之，当一款32位器材因价格平等而展现出实在要挟时，或许有多个范畴让8位供货商仍踌躇在价格与制作上。
当32 位处理器到达或逾越8 位微操控器的功耗功用时，状况会怎样?此刻，32位器材会选用一种两层冲击法去应战8位器材：代码密度，以及完结一次唤醒/睡觉循环的时刻。
恩智浦半导体公司微操控器事务架构与体系高档总监Rob Cosaro标明，该公司的基准丈量研讨标明，当在一只Cortex-M0级处理器上运转一个8051 上的相同算法时，代码密度下降了50%。但假如基准测验不能反映出规划实际运用的代码，那就仅仅个把戏罢了。例如，EEMBC(嵌入微处理器基准联盟)的Coremark中包括了用于测验8位、16位和32位CPU的函数，但你不会考虑在一只8位器材上运转像双链接表和矩阵运算这类函数。
当一只8 位处理器的运用超出了其抱负区域时， 32 位乃至16 位处理器就有了供给更好代码密度的时机，例如运转数据大于8位(由于需求屡次数据拜访才干操作一个数据);作业数据集逾越了16KB~64KB地址空间;作业在高时钟速率(高于20MHz~50 MHz )，乃至要支撑深重的网络通信栈。在这些状况下，运用或许无法与8位处理器相配合，由于几年来，与保护有关的功用增加现已逐步进入了体系。
在能量灵敏的嵌入式规划中，微操控器大部分时刻处于小功率的睡觉形式， 定时唤醒来完结其使命。与代码密度状况相似，假如8位微操控器做的使命失配，32位微操控器就可以以足够快的速度做唤醒并完结使命，然后回来睡觉状况，而耗费的能量少于8位器材。
8位微操控器较或许替代它的32位处理器有一个要害性长处，这便是8位器材可以以一个高的本钱功率和能效水平完结作业，而这方面32位要替代8位器材还有几年时刻。小型处理器细分商场的振奋点定位在最小处理器，把本钱与能耗推到了或许的极限。咱们所称的小功率是一个不断在改变的方针。在支撑那些小型使命方面，较小数据宽度将总是显着领先于较宽的数据宽度。
在相同价格和功耗功用的8位和32位器材之间做选择时，还有一个数据表上没有，却有必定影响的要素：职业专业常识。虽然做8位器材编程或许要熟练掌握汇编乃至C言语，但一名开发人员最重要的仍是职业常识。
想想为什么COBOL程序仍有需求，虽然大多数人把COBOL看作一种已被筛选的编程言语。这种言语很直观，易于了解。对专业COBOL程序员的假定(也是他们的价值地点)是他们了解COBOL程序要处理的商务问题。
相同，8位微操控器所面对的问题不同于32位器材，而且32位体系开发人员面对的职业范畴也不同于8位开发人员。例如，一个正确的8位运用不存在难以处理的存储器束缚，由于运用能彻底了解并填满架构的天然极限。32位运用可以处理多得多的不确认性，可以通过动态存储办法运用和办理更大的存储空间，而8位开发人员底子不必考虑这种办法。
数据的巨细应反映出处理器的天然位数，对一款并未规划浮点运算的器材，不运用于密布地处理许多浮点运算。8位处理器最合适用于简略或束缚性使命。选用操作体系和中间件的体系是为了进步开发人员功率，由于体系太杂乱，不能从头开发，而从头树立一个简略的日程表则相对简略直接。
终究，每种类型的处理器架构都需求规划者在树立体系时选用一种不同的考虑进程。只需存在着尽或许取得更低能耗预算的新开发需求，只需处理供货商还会积极地供给这些小宽度器材的规划支撑，8位器材就有商场，哪怕是暂时性的。假如咱们不把低功耗、小数据宽度处理器与较大的32位处理器同等起来，事情就会简单得多，由于它们处理的是不同问题。
附文：架构的差异
图1通过核算负荷与环境量的联系反映了处理器最有用点的特性。作业负荷可以是峰值巨细、总量，或在给定时刻或能量状况下， 体系需求坚持的处理功用数量。环境量可以标明内部体系状况、体系输入输出数，或体系有必要支撑的或许环境量。
各种确认的处理器类型都会以不同进展随时代演进，每种类型都会对一个或多个功用衡量做出折中权衡以取得最大的一个或多个功用指标。
微操控器是专用处理器，它以献身灵敏性和作业负荷处理量为价值，供给了本钱与能效上的优势。它们供给本钱优势的办法是在一个封装内集成存储器与外设。
它们供给能效优势的部分办法是面向那些以较低时钟速率运转的作业负荷，别的也是由于它们仅用电路完结的最小调集来完结操控处理作业。假如一个规划需求有灵敏性，如更多或更少存储器、不同外设集，或更高的时钟速率，则规划者有必要换用一种不同的处理器。有些微操控器通过抛弃缓存或流水线的办法，供给了确认性的运算与操作。微操控器一般面向那些有频频和优先级环境切换的体系操控作业负荷。
DSP也以作业负荷灵敏性为价值，专心于取得最佳本钱与能效。它们献身了处理环境转化的功率，以最大极限取得接连核算和可重复核算的功用。它们并不集成许多外设，由于它们的结构自身就不合适用于处理环境切换，而这是许多外设的或许要求。最常用的集成外设是ADC，DSP用它获取一个实在国际数据流，供自己做处理。
DSP选用多总线和多存储器结构，这样它们就可以完结同步存储器操作，支撑接连的单周期乘法/累加操作。
它们选用了专用寄存器，以尽量削减存储器拜访时刻，可以完结零开支循环。DSP用于那些有接连数据流的体系，用于完结接连的信号处理，一般结合运用硬件加速器或FPGA，以分管深重的密布核算负荷。
DSC(数字信号操控)专心于优化本钱和能效上的办法是将DSP功用与微操控器结合在一只处理器中，可以担任一起处理环境切换与信号处理的作业。这些器材供给较DSP更好的作业负荷灵敏性，一起针对接连数据流，依然坚持了高效完结重复性作业负荷的才干。
FPGA供给了一种高度灵敏的可编程硬件渠道，可以充分运用恣意宽度的信号处理算法，并用做硬件加速块。FPGA能很好地完结信号处理作业，此刻它有较少的决议计划状况，以及许多的数据点处理作业。
协处理器类别依赖于硬件，加速作业负荷的处理速度， 削减能耗。协处理器一般不是独自运用，而是与其它处理器相连接，或一起集成到一个封装内(如与DSP或微处理器)。
微处理器选用通用架构，可以完结适当大规划的处理作业，极具作业负荷的灵敏性。它们处理环境切换时不如微操控器那么快或那么确认，一起做循环处理时也不如DSP快速和有功率。但当要处理那些不知道内容时，例如一个支撑用户加载运用的体系，微处理器便是最抱负选择。
微处理器一般能支撑许多的存储地址空间，选用大规划的片上缓存，以补偿拜访片外存储器所带来的时刻丢失。当本钱与能效的重要性低于短时刻开发周期时，它们很合适于做“暂时应急”的原型，或概念验证研讨。
微处理器
ARM处理器在移动设备中的爆炸性开展，使一些人发生了疑问：是否在其它商场中，ARM也会替代其它微处理器架构。不过，现有的微处理器架构也具有相似于8位微操控器的秘密武器，这便是职业常识，它深深地埋藏在当时架构以及生态体系之中。
想想某个微处理器架构的特别变型，其特性现已过开发、测验和微调，因而该变型特别适用于方针运用的特定需求。再考虑为既定商场服务的软件实体，一个强壮的既有微处理器架构十分相似于8位微操控器，它周围是一个强壮而老练的生态体系，包括开发人员、东西、操作体系以及中间件，这是现有处理器应对应战者的缓冲器。
有关当时处理器优势有一个特别比如，便是哪款微处理器架构将终究赢得平板电脑国际。ARM架构现在具有显着的优势，由于许多平板规划将其当作一部大型智能手机， 而ARM架构在智能手机商场有着多年的软硬件支撑史，具有许多相关规划常识。假如平板电脑持续坚持智能手机形式，则ARM架构便是最佳定位。不过现在也有根据其它微处理器的平板产品，它们对平板的界说是有差异的。例如，假如微软可以从头调整平板电脑商场，充分运用自己Windows OS的生态体系，则今日的平板商场就或许彻底是不同相貌了。
据一些估量，曩昔数十年来，供货商提出了逾越200种处理器架构。其间大多数现已隐姓埋名，或被其它架构吸收。现在只要10 个左右架构仍在为开发人员供给东西和办法，以创建出今日包括处理器与开发东西杂乱生态体系的运用，而且有职业针对性的工程与软件支撑。假如再从这些里边精选几个，开发人员商场是否能得到更好的服务呢?
处理器商场这种巨大混沌的状况阐明，要找到服务该商场的正确办法是多么的杂乱和困难。不确认性并非源于曩昔，今日的技能适当大一部分也存在着不确认性。这种不确认性的一种标明便是关于8位是否逝世的无尽问题。
我最近刚知道，有些公司正在悄悄地探究能显着进步原生处理功用的办法，即在某些DSP运用中削减数据的巨细。一部分应战是要做出可接受的权衡，一方面是短字长所带来的问题，另一方面是较低功耗下组合较高功用的优点。今日有些DSP支撑在较大履行引擎内的8 × 8 MAC(乘法累加)。简言之，咱们的未来会有8位DSP吗?你永久不知道下一个好主意来自哪里。假如你可选的处理器架构不多，发生张狂思维的时机也就不多，例如冒出来一个8位DSP。
许多评论家争辩论，假如咱们的架构选择少，软件代码会更简单保护，由于有更巨大的开发人员集体来获取、运用和保护它。那么，一个一致架构会改善现有职业常识的可转移性吗?更重要的是，能有利于新职业常识的开展吗?
据我所调查的大型半导体公司的所作所为，我很置疑，有限的架构选择会导致更慢的立异，由于在开发支撑生态体系中，有足够多的资源来处理最大批量运用的工程化问题。这或许对发现新式运用的尽力形成负面影响，这种尽力或许替代现有的大批量运用。
正如中土地球的不同竞赛相同，每个现有处理器架构都包括着自己共同的职业文明或开发生态体系，使之在完结某些使命方面优于其它替代品。大多数规划现已选用了多处理器，而广泛的处理器选择使开发人员可以在自己的规划中选择并运用同类最佳器材与软件。单一架构成功地一致天下，或许会是提高开发人员出产力的要害，但也或许成为一种枷锁，过火强求一致性， 却束缚了立异的方向与时机。
