XScale处理器解读大全及发展现状/前景

intel的xscale源于arm内核,在这个架构基础上扩展,它保留了对以往产品的向下兼容性。 intel xscale体系架构提供了一种全新的、高性价比、低功耗且基于arm的第5代体系架构——armv5te体系结构的解决方案,兼容armv5te isa指令集(不支持浮点指令集),支持16位thumb指令和dsp扩充。
在pda领域,intel的strongarm和xscale处理器占据举足轻重的地位,这两者在架构上都属于arm体系,相当于arm的一套实际应用方案。它是intel公司始于arm v5te处理器发展的产品,当年arm推出嵌入式核心之后,dec公司获得许可并在此基础上开发出增强版的strongarm 处理器,后来dec公司被康柏所合并,而strongarm核心则被intel买走,属于该体系的sa1110处理器被长时间用于pocket pc中(pda中的一种,采用windows ce操作系统)。不过,sa1100的集成度较低,许多功能都必须借助第三方芯片实现,而且存在一些老掉牙的过时接口和派不上用场的功能,intel在接手之后对其进行改进,并在2002年2月份正式推出基于strongarm的下一代架构—xscale。
xscale处理器架构
xscale处理器架构特点
xscale处理器结构图
xscale处理器相关说明
在指令集结构上,xscale仍然属于arm的“v5te”体系,与arm10系列内核相同,但它拥有与众不同的7级流水线,除了无法直接支持java解码和v6 simd指令集外,各项性能参数与arm11核心都比较接近。再结合intel在半导体制造领域的技术优势,xscale获得了极大的性能提升,它的最高频率可达到1ghz,并保持arm体系贯有的低功耗特性。加上丰富的软件支持、强大的扩展能力和附属功能,以及intel在产业界的巨大影响力,xscale被广泛应用于pocket pc和palm平台的pda产品中,成为该领域的事实主宰者。其他半导体厂商(如索尼、三星)基于arm的解决方案虽然也有一定的市场,但在该领域完全不是intel xscale的对手,连曾依赖dragonball处理器成为霸主的摩托罗拉也都无力反击。
xscale处理器发展现状
到目前为止,intel已推出pxa25x、pxa26x和pxa27x三代xscale架构的嵌入式处理器。pxa25x采用0.18微米工艺制造,拥有32kb指令缓存和32kb数据缓存,并具有专用于多媒体数据流的2kb缓存。pxa25x整合的功能极为强大,可支持4 bank结构、最多256mb容量的100mhz sdram内存或闪存,采用16、32位宽度总线连接;支持双bank结构的pcmcia、cf卡控制器和mmc/sd存储卡控制器;整合lcd显示控制器,最多可支持16位色彩显示,且具有一定的几何填充、矩形单元变换等硬件加速功能;支持ac97音频、usb、蓝牙和红外接口等等。pxa25x系列有200mhz、300mhz、400mhz三个频率的版本,芯片封装尺寸只有17×17mm。由于处理器自身具备强大的扩展功能,pda厂商的设计工作变得很简单。目前pda或智能手机中90%以上的功能都是由处理器直接整合,厂商并不需要进行额外的设计,这就是高集成度带来的好处。
相比之下,pxa26×系列只能算是px25x的扩展,两者的核心设计以及功能扩展完全相同,不同之处在于,pxa26x系列在处理器中直接集成了闪存。一个完整的pxa26x产品由1枚处理核心和1到2枚闪存芯片共同组成,对应16mb、32mb的闪存配置方案,这种方式分别比传统的分离封装方案节省了56%和65%的空间占用。不过,板载闪存也将占用6个bank中的一个,若该系统集成了4bank、256mb容量的sdram,那么仅剩1个bank可供给cf/pcmcia插槽或其他类似的设备使用。但总的来说,pxa26x所拥有的高集成度让它非常适合追求便携性的pda、智能手机的切实需要,推出之后获得市场的热烈反响,目前仍然还占据着主流地位。
pxa27x系列是intel目前的主打产品,它的发布时间是在2004年4月份。pxa27x最大的改进就是采用0.13微米制造工艺,时钟频率提升至624mhz的高水平。其次,pxa270x首次引入intel的无线mmx技术,它是一套64位的simd指令集,这些指令集可有效增强视频、3d图形、音频以及其他simd元素的处理效率,显著改善了多媒体处理性能。
intel官方数据表示,312mhz的pxa270(pxa27x系列中最低频率型号)处理器所具有的多媒体处理效能相当于520mhz的arm处理器,而624mhz的高频pxa270则与775mhz的arm处理器相当。这意味着未采用v6指令集的pxa27x,照样跻身于一流嵌入式产品的行列。尽管这套无线mmx与pc上的sse、sse2并不兼容,但它们在功能上相当类似,程序员不必重新编写算法或程序指令,只需简单调整计算精度和数据表示即可让软件实现对无线mmx的优化,而这项工作在短时间内即可完成。
发展前景
intel官方数据表示,312mhz的pxa270(pxa27x系列中最低频率型号)处理器所具有的多媒体处理效能相当于520mhz的arm处理器,而624mhz的高频pxa270则与775mhz的arm处理器相当。这意味着未采用v6指令集的pxa27x,照样跻身于一流嵌入式产品的行列。尽管这套无线mmx与pc上的sse、sse2并不兼容,但它们在功能上相当类似,程序员不必重新编写算法或程序指令,只需简单调整计算精度和数据表示即可让软件实现对无线mmx的优化,而这项工作在短时间内即可完成。
从2006年开始,英特尔公司便开始逐渐清理通信芯片业务。当时,英特尔公司把手机芯片业务以6亿美元的价格转让给了marvell科技公司。marvell推出pxa3xx系列,采用新一代的xscale架构,其中pxa320最高主频806mhz。

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