ARM 与 MIPS 比较

honghuigo

ARM 与 MIPS 比较

[前言］
        这是一个几年以来我一直想做的“功课”，之所以称之为“功课”，而不能说是“文章”，是因为我觉得自己的知识还远远不够，不管是深度还是广度，也不管是全面性还是透彻性，我都不敢。但是我实在是很想把我的一些理解写出来，然后能和其他朋友一起探讨，纠正错误，补充完善，最终目的就是要加深对ARM和MIPS 这两种CPU架构的认识。
    这里的目前最多只能算个草稿吧，请大家不断的补充。

[正文]
1.流水线结构 pipeline
    - MIPS 是最简单的体系结构之一，所以使大学喜欢选择 MIPS 体系结构来介绍计算体系结构课程。
    - ARM has barrel shifter
        shifter是两面性的，一方面它可以提高数学逻辑运算速度，另一方面它也增加了硬件的复杂性。所以和可以完成同样功能的adder/shift register相比，效率更高，但是也     占用更多的芯片面积。
        
    - MIPS have "branch delay slot" and "load delay slot"
        MIPS使用编译器来解决上面的两个问题。因为MIPS最初的设计思想就是使用简单的RISC硬体，然后靠编译器及其他软体技术，来达成RISC的完整概念。

2.指令结构 instruction
    - MIPS have 32bit and 64bit architecture,but ARM only have 32bit architecture
       ARM11 局部64位
    - MIPS是开放式的架构,用户可以在开发的内核中加入自己的指令，
    - ARM has 4-bit condition code in every instruction
      ARM 在这一点很像x86。MIPS在MIPS IV也加入"conditional move"指令，来提高pipeline的效率。
    - ARM has pre- and post-increment addressing modes
        auto-increment/decrement on load/store instructions
    - 在节省代码空间方面，MIPS16 很类似ARM Thumb

3.寄存器 register
    -  由于MIPS内核中有32个注册器（Register），而ARM只有16个，这种结构设计上的先天优势，决定了在同等性能表现下，MIPS的芯片面积和功耗会更小。
    -  ARM 有一组特殊用途寄存器cp0-cp15,可以使用MCR,MRC等指令控制; 相对应的，MIPS也有cp0 0-30,使用mfc0,mtc0 指令控制。

    -  Register banking in ARM.  r8-r12 FIQ mode;r13:SP r14R
       感觉不出banked register有什么好处。

    -  MIPS has a hard-wired-to-zero register ,but ARM not
       MIPS use register $0 for Zero

4.地址空间 address space
    -  MIPS 起始地址是0xbfc00000,会有4Mbyte的大小限制，但一般MIPS芯片都会采取一些方法解决这个问题。
       ARM没有这种问题。
       MIPS24K 起始地址改到了0xbf000000,现在有16Mbyte的空间了。

    -   MIPS don't have to turn paging on to enable the cache.
        MIPS have the address space for both cache and un-cache
        but ARM need enable/disable cache

5.功能 function
    -   Float point: MIPS64 has.
        ARM's support for FP is limited, and usually not included, and it is a 32 bit architecture
    -   ARM use JTAG,MIPS use EJTAG。Debug工具一般两种都支持。使用起来感觉差不多。

6.性能 performance
    -  具体性能比较，因为差异性太大，所以很难分出谁好谁坏。从个人经验来讲 MIPS4k和ARM9基本上是同一个级别的,但ARM9性能似乎要比MIPS4K好。
       同样是32bit的MIPS24K性能上比MIPS4K有很大提升，也应该比ARM9要好些。
       因为没有用过ARM11和MIPS34K的芯片，没法比较，但感觉这两个似乎是一个级别的。

7.应用
    -  在1000MHz以上的应用,很难找到采用ARM架构的产品。
       MIPS架构用在200MHz或者是266MHz以下的应用比较少,而这恰恰是ARM的主攻市场。
    -  ARM 在手机等便携式领域,MIPS 在住宅网关、线缆调制解调器、线缆机顶盒等
    -  ARM 采用硬核授权;MIPS 采用软核授权，用户可以自己配置，做自己的产品。

8.未来发展
    -  ARM的下一代走向多内核结构，而MIPS公司的下一代核心则转向硬件多线程功能(multithreading)
       MIPS 的multithreading 很类似Intel 的 HyperThreading技术。从现在的发展来看，多内核占上风。

9.总结
    自己感觉ARM和MIPS在一开始的RISC的设计上有很多不同，但随着技术的发展，各自扬长避短，好的技术大家都会使用。比如ARM11和MIPS R1000就使用了很多一样的技术。感觉RISC做到了极至就都一样了。

10.请大家补充

SkyFirst

楼主说得不错，不过我用起来MIPS4Kc 比 ARM9好点

mylatex

MIPS 毕竟是最早的 RISC架构，虽然性能很多人认为不好，但是架构是比较完美的。后来的 RISC 设计都受到了其影响的

killerone

thank you

jezzer

Thanks

sunnydavid

不错，收了

minist

讲的不错,谢谢楼主了

woodmansx

不错，对比学习很有好处，大家多讨论啊

wyp19791223

我终于找到了上网的好去处，太好啦！

yuchizas

楼主分析的真好