对嵌入系统应用中x86CPU的重新评价

　　要 点

　　过去两年来，x86 CPU 的性能有了很大的进步，尤其是多核和多芯片配置方面。

　　富士通（Fujitsu）的Lifebook-P1510D是一款轻量的平板PC，优先考虑了紧凑和低功耗，性能则是其次。

　　戴尔(Dell)的Inspiron 700m可以模仿今天大多数基于Pentium M 单板机设计，除了LCD以外。

　　戴尔的 Latitude D820的Core Duo尽管功耗较大，但速度不错。

　　双核处理器和双处理器结构现在都是嵌入系统开发者们的选项。是否要在下一个设计中采用它们，代替传统的单核、单CPU配置？答案比你想像的要复杂得多。

　　在PC行业的模块基础上去设计一个嵌入系统就像与狼共舞一样危险。由于PC市场的大批量制造效应，各类芯片与子系统都很廉价，唾手可得，如内插卡、硬驱、光驱和电源等。但是，尽管你可以认为自己设计的产品预期寿命会持续很多年甚至几十年，但 PC 业的特点是变化多端而且快速革新，你很快就会发现市场上找不到原定的配件了。你在设计时要巧妙地规划好升级能力，才能机智地避免出现任何供应链漏洞。否则，如果没有对未来的替代品和发展作好

　　预案，就意味着你要重新作一次设计，而且会周而复始地快速重复这一痛苦的过程。

　　如果我们回顾一下 2004 年的几篇系列文章（参考文献 1、2 和 3），就会明显体会到 PC 产品快速变换所带来的繁重工作。原来先进的高档系统曾是市场上的主流产品，但很快就会沦落到甩卖场里。有些系统组件甚至已从今天的 PC 设计中消失，如 Rambus DRAM 和支持 RDRAM 的核心逻辑芯片组。多核 x86 CPU 在 2004 年初还只是制造商未来产品路线图中一个占位符，现在却登上了中心舞台。

　　2004 年初时，Intel Pentium M 处理器在移动计算机市场只是刚刚开始建立自己的桥头堡，而现在它已处于统治地位。今天，它已成为单板机设计中最常用的 CPU。这种 CPU组合了高性能与低功耗特性，因此它不仅是笔记本电脑的自然选择，也是很多嵌入系统青睐的对象。Intel 的 65 nm 工艺 Core Duo（原名为 Yonah）现已进入量产，双核功能现在是 Pentium M 可信赖的一个部分。用于嵌入系统领域的 Core Duo 芯片现在处于短缺状态，因为苹果(Apple)和戴尔（Dell）这些公司把 Intel 制造出的晶片全部据为己有了。因此，本项目只好用笔记本代替单板机，而使测试条件尽量模拟嵌入系统配置（图1和表1）。

　　鉴于市场的硬件、操作系统和应用软件的组合几乎是无限的，因此，没有一个研究能够覆盖哪怕其中很小一部分。本项目使用了面向各种尺寸、重量、价格、性能以及功耗水平的基准系统，希望能提供一系列的数据，让读者从中推断出自己的设计需求。另外，本项目还使用了 Windows 下的基准测试软件，同样，读者也可以用它们作为评估自己的操作系统与应用软件的起点。过去相似的文章一般将注意力集中在速度上，而本项目拓宽至功耗测试。Core Duo 确实能提供 Intel 所称的性能吗？如果是这样，功耗如何？付出的代价是什么？双 CPU 配置是否提供了一个可信的替代方案，这些新兴结构的意义何时能超过传统单核、单 CPU 方案？

　　综合性结果

　　SiSoftware 免费的 Sandra Lite 程序可以检测出 Windows 或 Windows CE 系统的很多信息。Sandra 的专业版、工程师版和企业版可以提供附加的测试与测试配置选项。原来文章使用的是 Sandra 的 2004 版，表 2 列出了这些文章中勇气号(Spirit)和机遇号(Opportunity)测试平台上的高级数据。在确定CPU 时钟速度、片上缓存类型和大小，以及其它综合特性以后，各种 CPU 的整体与性能测试结果都相当接近预期的相关性能。当两个核都起动时，戴尔的 Latitude D820 算术与多媒体基准测试性能是用 BIOS 设置关掉一个核时同样系统的两倍。下面你会看到 Latitude D820 在实际应用时如何完成单核与双核配置的。

　　内存带宽测试也未出意料，值得注意的是富士通 Lifebook-P1510D 的性能超过了机遇号和戴尔 Inspiron 700m，因为它有更高速的 DDR SDRAM 和更先进的芯片组而成了"大哥哥"。也许你看到文件系统(file system)基准测试结果时会有点迷惑不解：为什么两年前的勇气号和机遇号会比现在的笔记本速度快很多？仔细看看表 1 就会得到答案 ：较早的 mini-ITX电路板连接的是大容量的 3.5 英寸硬驱。不过，你可能仍然惊讶于戴尔 Inspiron 700m中富士通硬驱的低性能。与勇气号和机遇号上采用的 Maxtor 驱动器一样，它也是 5400 rpm的，而且还是 miniITX 主板上 Maxtor 硬驱的板载缓冲RAM的四倍。

　　勇气号和机遇号早已拆掉，它们的零件都堆在我的车库里。鉴于繁忙的日程，没有足够的时间把它们重新组装起来，因此我无法在它们上面运行最新的 Sandra 2005 基准测试套件。但我可以在三台笔记本电脑上运行 Sandra 2005（表 3）。与 Sandra 2004 一样，测试结果与系统性能之间没有太大出入。但是，我们还是能饶有兴趣地看到一些因素对基准测试结果的影响，例如各种硬驱系统接口、容量、转速以及缓存大小等。