ARM處理器在工業領域能否分掉X86那杯羹？

工業4.0快速發展，ARM處理器的應用也越來越廣泛，是什么讓ARM處理器在工業領域分掉X86的那杯羹呢？

從51單片機到ARM處理器，嵌入式微控制領域不斷更替交疊，伴隨而來的是技術的不斷發展和生產力水平的不斷提高。

目前在工業控制系統中大量應用了嵌入式ARM，如工業過程控制、電力系統、石油化工、數控機床等，ARM嵌入式系統的發展促進了工業控制自動化程度的提高。

圖1 ARM的廣泛應用

多方業內人士表示，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，低端由ARM的產品蠶食的雙雄格局。

但同學你知道ARM和X86架構是什么嗎？有什么區別？你能清楚的表述出嗎？別懵逼，跟我走。

大學一本《微機原理和接口技術》教會了我們什么是CPU——中央控制器，它是一個執行部件，它之所以能執行，也是因為人們在里面制作了執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。

所以它主要由運算單元、控制單元、寄存單元三部分組成，從字面意思看運算單元就是起著運算的作用，控制單元就是負責發出CPU每條指令所需要的信息，寄存單元就是保存運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內部架構和工作原理

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

從CPU發明到現在，有多種架構，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“復雜指令集”與“精簡指令集”系統，而X86和ARM處理器的第一個區別是，前者使用復雜指令集（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，那么我們應該怎么命令呢？

我們可以直接對他下達“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，有人認為，如果我首先給接受命令的人以足夠的訓練，讓他掌握各種復雜技能（即在硬件中實現對應的復雜功能），那么以后就可以用非常簡單的命令讓他去做很復雜的事情——比如只要說一句“吃飯”，他就會吃飯。

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

我們為什么不可以把事情分為許多非?；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，無非是下達命令的人稍微累一點——比如現在我要他吃菜，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“復雜指令集”和“精簡指令集”的邏輯區別。

而作為ARM與X86在嵌入式市場對決的主戰場，在工業4.0中哪個有更有優勢呢？

圖3

1、運算性能

• X86架構的工業電腦比ARM架構的工業電腦在性能方面要快，綜合運算能力強，但由于不具有實時系統，無法做到快速零啟動；

• ARM的優勢在于效率，在完成綜合性工作處于劣勢，而ARM可快速啟動進入狀態，在任務相對固定的工業應用場合其優勢就能發揮得淋漓盡致。

2、操作系統兼容性

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

• ARM幾乎都采用Linux的操作系統，而且幾乎所有的硬件系統都要單獨構建自己的系統，與其他系統不能兼容，這也導致其應用軟件不能方便移植，也制約了ARM的發展和應用。

3、系統安全性

• 這是由于Windows軟件平臺的高兼容性，軟件病毒容易侵入，引起電腦藍屏或者死機，危害系統數據安全；

• 而linux系統作為開放源代碼構架，用戶可以找出自己系統所存在的安全問題，并采取相應的防范措施以應對潛在的安全威脅。

圖4 windows系統遭受勒索病毒

圖5 linux用戶及時更新補丁

4、系統功能

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

• 嵌入式ARM產品多為定制化產品，可根據客戶具體需求開放接口資源，為用戶提供更合適、優質的方案。

圖6 X86工控機資源豐富，功能裁剪耗費精力，造成資源浪費

圖7 ARM豐富的接口資源，定制化程度高

5、二次開發

• X86硬件多為高速信號，各種接口工控擴展需要復雜的電路設計及高難度的PCB設計，硬件的高度集成，導致擴展電路復雜難懂，穩定性難以保證；

• ARM硬件設計簡單，CPU集成多種接口功能，設計開發難度低，常規電子工程師就能完成ARM工控板的二次開發，穩定性高。

6、生產工藝

• X86主頻高、高頻信號多、而工業現場對電磁兼容性、電磁干擾要求較苛刻。高頻信號同時導致功耗較大，進而對生產工藝提出高要求，目前如奔騰 4 的晶體管數超過四千萬，生產上也需采用最先進的 0.13 微米工藝，只有Intel 等少數公司有這樣的設計和生產能力；

• ARM的架構功能簡單，EMC保護等級較高，對半導體生產工藝的要求較低，多數不必采用最先進、昂貴的半導體工藝，解決了國內半導體生產能力的問題。

7、工業品質

• X86工控機主要領域為商用和家用行業，相對于民用來講，工業控制對嵌入式系統各方面的要求相對較高，工業生產現場可能是高溫、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境，若處理不當或不及時，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致遠電子精心推出的ARM核心板和工控整板都是完全符合工業級要求，工作溫度可在-40℃-﹢85℃，在高溫高壓密封容器、高速運轉機器、高強度作業機械等領域得到了事實驗證。

圖8 某主流X86型號工控機工作溫度要求

圖9 ZLG致遠電子ARM板工業級溫度范圍

“工業4.0領域的未來是ARM的，也是X86的，但是歸根到底是ARM的”，相信ARM勢必憑借自身優勢，借助工業4.0的機遇一展宏圖。

圖10 ARM處理器用于自駕車以及醫療等領域