解讀XScale處理器大全及發(fā)展現(xiàn)狀/前景

Intel的XScale源于ARM內(nèi)核，在這個(gè)架構(gòu)基礎(chǔ)上擴(kuò)展，它保留了對(duì)以往產(chǎn)品的向下兼容性。 Intel XScale體系架構(gòu)提供了一種全新的、高性價(jià)比、低功耗且基于ARM的第5代體系架構(gòu)——ARMv5TE體系結(jié)構(gòu)的解決方案，兼容ARMv5TE ISA指令集(不支持浮點(diǎn)指令集)，支持16位Thumb指令和DSP擴(kuò)充。

在PDA領(lǐng)域，Intel的StrongARM和XScale處理器占據(jù)舉足輕重的地位，這兩者在架構(gòu)上都屬于ARM體系，相當(dāng)于ARM的一套實(shí)際應(yīng)用方案。它是Intel公司始于ARM v5TE處理器發(fā)展的產(chǎn)品，當(dāng)年ARM推出嵌入式核心之后，DEC公司獲得許可并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出增強(qiáng)版的StrongARM 處理器，后來(lái)DEC公司被康柏所合并，而StrongARM核心則被Intel買走，屬于該體系的SA1110處理器被長(zhǎng)時(shí)間用于Pocket PC中(PDA中的一種，采用Windows CE操作系統(tǒng))。不過(guò)，SA1100的集成度較低，許多功能都必須借助第三方芯片實(shí)現(xiàn)，而且存在一些老掉牙的過(guò)時(shí)接口和派不上用場(chǎng)的功能，Intel在接手之后對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，并在2002年2月份正式推出基于StrongARM的下一代架構(gòu)—XScale。

XScale處理器架構(gòu)

XScale處理器架構(gòu)特點(diǎn)

XScale處理器結(jié)構(gòu)圖

XScale處理器相關(guān)說(shuō)明

在指令集結(jié)構(gòu)上，XScale仍然屬于ARM的“V5TE”體系，與ARM10系列內(nèi)核相同，但它擁有與眾不同的7級(jí)流水線，除了無(wú)法直接支持 Java解碼和V6 SIMD指令集外，各項(xiàng)性能參數(shù)與ARM11核心都比較接近。再結(jié)合Intel在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，XScale獲得了極大的性能提升，它的最高頻率可達(dá)到1GHz，并保持ARM體系貫有的低功耗特性。加上豐富的軟件支持、強(qiáng)大的擴(kuò)展能力和附屬功能，以及Intel在產(chǎn)業(yè)界的巨大影響力，XScale被廣泛應(yīng)用于Pocket PC和Palm平臺(tái)的PDA產(chǎn)品中，成為該領(lǐng)域的事實(shí)主宰者。其他半導(dǎo)體廠商(如索尼、三星)基于ARM的解決方案雖然也有一定的市場(chǎng)，但在該領(lǐng)域完全不是Intel XScale的對(duì)手，連曾依賴DragonBall處理器成為霸主的摩托羅拉也都無(wú)力反擊。

XScale處理器發(fā)展現(xiàn)狀

到目前為止，Intel已推出PXA25x、PXA26x和PXA27x三代XScale架構(gòu)的嵌入式處理器。PXA25x采用0.18微米工藝制造，擁有32KB指令緩存和32KB數(shù)據(jù)緩存，并具有專用于多媒體數(shù)據(jù)流的2KB緩存。PXA25x整合的功能極為強(qiáng)大，可支持4 Bank結(jié)構(gòu)、最多256MB容量的100MHz SDRAM內(nèi)存或閃存，采用16、32位寬度總線連接;支持雙Bank結(jié)構(gòu)的PCMCIA、CF卡控制器和MMC/SD存儲(chǔ)卡控制器;整合LCD顯示控制器，最多可支持16位色彩顯示，且具有一定的幾何填充、矩形單元變換等硬件加速功能;支持AC97音頻、USB、藍(lán)牙和紅外接口等等。PXA25x系列有 200MHz、300MHz、400MHz三個(gè)頻率的版本，芯片封裝尺寸只有17TImes;17mm。由于處理器自身具備強(qiáng)大的擴(kuò)展功能，PDA廠商的設(shè)計(jì)工作變得很簡(jiǎn)單。目前PDA或智能手機(jī)中90%以上的功能都是由處理器直接整合，廠商并不需要進(jìn)行額外的設(shè)計(jì)，這就是高集成度帶來(lái)的好處。

相比之下，PXA26TImes; 系列只能算是PX25x的擴(kuò)展，兩者的核心設(shè)計(jì)以及功能擴(kuò)展完全相同，不同之處在于，PXA26x系列在處理器中直接集成了閃存。一個(gè)完整的PXA26x 產(chǎn)品由1枚處理核心和1到2枚閃存芯片共同組成，對(duì)應(yīng)16MB、32MB的閃存配置方案，這種方式分別比傳統(tǒng)的分離封裝方案節(jié)省了56%和65%的空間占用。不過(guò)，板載閃存也將占用6個(gè)Bank中的一個(gè)，若該系統(tǒng)集成了4Bank、256MB容量的SDRAM，那么僅剩1個(gè)Bank可供給 CF/PCMCIA插槽或其他類似的設(shè)備使用。但總的來(lái)說(shuō)，PXA26x所擁有的高集成度讓它非常適合追求便攜性的PDA、智能手機(jī)的切實(shí)需要，推出之后獲得市場(chǎng)的熱烈反響，目前仍然還占據(jù)著主流地位。

PXA27x系列是Intel目前的主打產(chǎn)品，它的發(fā)布時(shí)間是在2004年4月份。PXA27x最大的改進(jìn)就是采用0.13微米制造工藝，時(shí)鐘頻率提升至624MHz的高水平。其次，PXA270x首次引入Intel的無(wú)線MMX技術(shù)，它是一套64位的SIMD指令集，這些指令集可有效增強(qiáng)視頻、3D 圖形、音頻以及其他SIMD元素的處理效率，顯著改善了多媒體處理性能。

Intel官方數(shù)據(jù)表示，312MHz的PXA270(PXA27x系列中最低頻率型號(hào))處理器所具有的多媒體處理效能相當(dāng)于520MHz的ARM處理器，而624MHz的高頻PXA270則與775MHz的ARM處理器相當(dāng)。這意味著未采用V6指令集的PXA27x，照樣躋身于一流嵌入式產(chǎn)品的行列。盡管這套無(wú)線MMX與PC上的SSE、SSE2并不兼容，但它們?cè)诠δ苌舷喈?dāng)類似，程序員不必重新編寫(xiě)算法或程序指令，只需簡(jiǎn)單調(diào)整計(jì)算精度和數(shù)據(jù)表示即可讓軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線MMX的優(yōu)化，而這項(xiàng)工作在短時(shí)間內(nèi)即可完成。

發(fā)展前景

Intel官方數(shù)據(jù)表示，312MHz的PXA270(PXA27x系列中最低頻率型號(hào))處理器所具有的多媒體處理效能相當(dāng)于520MHz的ARM處理器，而624MHz的高頻PXA270則與775MHz的ARM處理器相當(dāng)。這意味著未采用V6指令集的PXA27x，照樣躋身于一流嵌入式產(chǎn)品的行列。盡管這套無(wú)線MMX與PC上的SSE、SSE2并不兼容，但它們?cè)诠δ苌舷喈?dāng)類似，程序員不必重新編寫(xiě)算法或程序指令，只需簡(jiǎn)單調(diào)整計(jì)算精度和數(shù)據(jù)表示即可讓軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線MMX的優(yōu)化，而這項(xiàng)工作在短時(shí)間內(nèi)即可完成。

從2006年開(kāi)始，英特爾公司便開(kāi)始逐漸清理通信芯片業(yè)務(wù)。當(dāng)時(shí)，英特爾公司把手機(jī)芯片業(yè)務(wù)以6億美元的價(jià)格轉(zhuǎn)讓給了Marvell科技公司。Marvell推出PXA3xx系列，采用新一代的XScale架構(gòu)，其中PXA320最高主頻806MHz。