производительность 8051 котроллеров Опции

[andron86]

Вопрос к спецам!

Возникла такая ситуация - приходится разбираться с конроллером от SiLabs C8051124, контролллер на 8051 ядре. В доку стоит максимально 50MIPS, 70% команд в 1 тактовый цикл. Тут как-то прищлось у одного спеца что-то по этому uM спросить- так он мне выдал, что это ядро устарело и что производительность контроллеров на этом ядре ужасно мала, в сравнении с другими архитектурами.

Объясните пожалуйста мне или киньте ссылочки на эту тему. Действительно ли это так?

Спасибо заранее!

Сообщение отредактировал andron86 - Mar 31 2006, 08:31

[vladec]

Ошибочное мнение что при одинековом быстродействии RISC архитектура дает большую производительность чем CISC архитектура (как у 51), все с точностью до наоборот. Просто RISC архитектура позволяет получить большее быстродействие легче и с меньшими аппаратными затратами.

[defunct]

Ошибочное мнение что при одинековом быстродействии RISC архитектура дает большую производительность чем CISC архитектура (как у 51), все с точностью до наоборот. Просто RISC архитектура позволяет получить большее быстродействие легче и с меньшими аппаратными затратами.

Ну во первых, C51 это чистый RICS, можно даже сказать эталон RISC процессора.

Во вторых RISC архитектура максимально эффективно приспособлена для работы в режиме прерываний и переключения задач.

В третьих быстродействие и производительность это синонимы. Если Вы имели в виду сравнение производительности на одинаковых тактовых частотах, то здесь взависимости от задач в равной степени может победить и RISC и CISC. Если в системе часто происходят прерывания, то победит RISC, а CISC в свою очередь может попасть в ступор и тратить все свое время лишь на переключение между задачами. Мало прерываний - однозначно победит CISC.

Ну и последнее RISC архитектура позволяет максимально разогнать тактовую частоту, поскольку команды короткие и исполнительная логика соответственно простая. Быстродействие же получается не всегда за счет тактовой частоты.

Мое мнение таково:
По сабжу - C51 даже Cygnal на своих 100Mhz с 50MIPS по производительности один из аутсайдеров, и на задачах 32х битной целочисленной арифметики отстанет от 8-ми разрядной AVRки @16Mhz с актуальными ~10MIPS раз эдак в 10.

[Andy Mozzhevilov]

Ошибочное мнение что при одинековом быстродействии RISC архитектура дает большую производительность чем CISC архитектура (как у 51), все с точностью до наоборот. Просто RISC архитектура позволяет получить большее быстродействие легче и с меньшими аппаратными затратами.

Ну во первых, C51 это чистый RICS, можно даже сказать эталон RISC процессора.

Ну уж батенька, что-то вы не то тут сказанули, или описались.

[defunct]

Ну уж батенька, что-то вы не то тут сказанули, или описались.

Я писал эмулятор оного и архитектуру его знаю прекрасно. Но, конечно же, если Вы меня сможете переубедить ссылкой на документ от Intel'а где сказано, что C51 это CISC, тогда я заберу свои слова
обратно.

Приводится пиковая производительность различных 8-разрядных микроконтроллеров:
С8051F120-123 up to 100MIPS
C8051F124-127 50
Other SiLabs 25
ATmega128 16
M77C32 10
DS80C310 8,25
MCS1210 8,25
T89C51RB2 6,67

MIPSы разные бывают. К примеру 16 битное сложение: A(R1:R0) = A(R1:R0)+B(R2:R3)

C51:
XCH A, R0
ADD A, R2
XCH A, R0
XCH A, R1
ADDC A, R3
XCH A, R1

AVR:
ADD R0, R2
ADC R1, R3

Простейшее сложение и то первый тратит 6 инструкций, второй всего две. При работе с 32-х битными данными разница еще более существенная. И выливаются те 100MIPS в реальных (полезных) 5MIPS.

[Andy Mozzhevilov]

Ну уж батенька, что-то вы не то тут сказанули, или описались.

Я писал эмулятор оного и архитектуру его знаю прекрасно.

Ну какой же это RISС. Длина команд может быть 1 2 или 3 байта.
Работа напрямую с внутренней памятью, когда для RISC характерна load-store
архитектура и работа с данными через регистровый файл.
Тот же AVR для достижения своей RISС-овости имеет 16-битную длину команды,
чтобы эффективно паковать в нее инструкции.

Вот выдержка с сайта интела по отличительным признакам CISC-RISK:

A different line, derived from CISC, is represented by the RISC
(Reduced Instruction Set Computing) processors introduced in the
1980s, which are characterized mostly by how they differ from CISC
processors. The instructions are of fixed length, and of a regular format.
Operations are performed on registers only, of which a larger number
are available than on CISC processors. The only memory operations are
load and store. The hardware in RISC processors is simpler in principle
than in CISC ones, because a RISC architecture relies more on the compiler
for sequencing complex operations.

Но, конечно же, если Вы меня сможете
переубедить ссылкой на документ от Intel'а где сказано, что C51 это CISC, тогда я заберу свои слова
обратно.

Неплохо бы также увидеть ссылку на документ интела, где сказано, что x51 это RISC.

[dxp]

Ну уж батенька, что-то вы не то тут сказанули, или описались.

Я писал эмулятор оного и архитектуру его знаю прекрасно.

Ну какой же это RISС. Длина команд может быть 1 2 или 3 байта.
Работа напрямую с внутренней памятью, когда для RISC характерна load-store
архитектура и работа с данными через регистровый файл.
Тот же AVR для достижения своей RISС-овости имеет 16-битную длину команды,
чтобы эффективно паковать в нее инструкции.

Вот выдержка с сайта интела по отличительным признакам CISC-RISK:

A different line, derived from CISC, is represented by the RISC
(Reduced Instruction Set Computing) processors introduced in the
1980s, which are characterized mostly by how they differ from CISC
processors. The instructions are of fixed length, and of a regular format.
Operations are performed on registers only, of which a larger number
are available than on CISC processors. The only memory operations are
load and store. The hardware in RISC processors is simpler in principle
than in CISC ones, because a RISC architecture relies more on the compiler
for sequencing complex operations.

Вообще-то, тут спор из серии является ли тот или иной чип МК или DSP. Вон MSP430, про него явно указано фирмой производителем, что он RISC, 27 инструкций (в комбинациях способов адресации, ессно, их больше получается). Тем не менее операции регистр-память (и даже память-память - копирование) и разная длина инструкций присутствуют в полный рост. Правда, разная длина инструкций там отчасти обусловлена тем, что в опкоде могут храниться длинные литералы (полные адреса), сам опкод имеет структуру регулярную. Насколько мне всегда было известно, 51-й - это CISC.

[defunct]

Andy Mozzhevilov @ Apr 6 2006, 11:10)
Ну какой же это RISС. Длина команд может быть 1 2 или 3 байта.
Работа напрямую с внутренней памятью, когда для RISC характерна load-store
архитектура и работа с данными через регистровый файл.
Тот же AVR для достижения своей RISС-овости имеет 16-битную длину команды,
чтобы эффективно паковать в нее инструкции.

Обычный RISC.
Тут дело не в длине команды. load/store и работа с памятью напрямую - это одно и тоже. Чтение-модификация-запись - немного другое, но оно и не важно. если уж идти по такому пути SRAM в C51 можно считать большим регистровым файлом, а с внешней памятью он работает с помощью load/store. Все команды (кроме mul/div) выполняются не дольше 2х машинных циклов. CISCом его может сделать не длина команды в 3 байта и даже не трехоперандовая команда cjne (у AVR кстати есть команды длиной 4 байта), а всего лишь две команды mul ab и div ab которые выполняются "микропрограммным" путем. Если принебреч этими двумя командами или сделать их аппаратно, что в новых вариантах ядра C51 уже сделано, то чип становится классическим представителем RISC. Регистровые банки, быстрый переход на обработчик прерывания, небольшой (всего 111 меньше чем у AVR) набор команд.

если идти по пути подсчета байт в команде, то AVR явно бъет C51 своими 4х байтными командами.

Вообще-то, тут спор из серии является ли тот или иной чип МК или DSP. Вон MSP430, про него явно указано фирмой производителем, что он RISC, 27 инструкций (в комбинациях способов адресации, ессно, их больше получается). Тем не менее операции регистр-память (и даже память-память - копирование) и разная длина инструкций присутствуют в полный рост. Правда, разная длина инструкций там отчасти обусловлена тем, что в опкоде могут храниться длинные литералы (полные адреса), сам опкод имеет структуру регулярную. Насколько мне всегда было известно, 51-й - это CISC.

Спор действительно как раз из той серии. И не было бы никаких проблем если бы Intel классифицировал свой чип сам.

[=AK=]

Andy Mozzhevilov @ Apr 6 2006, 11:10)
Ну какой же это RISС. Длина команд может быть 1 2 или 3 байта.
Работа напрямую с внутренней памятью, когда для RISC характерна load-store
архитектура и работа с данными через регистровый файл.
Тот же AVR для достижения своей RISС-овости имеет 16-битную длину команды,
чтобы эффективно паковать в нее инструкции.

Обычный RISC.
Тут дело не в длине команды. load/store и работа с памятью напрямую - это одно и тоже.

Не могу согласиться. Архитектура 51-го никаким боком не подходит под RISC. Даже Мелкочип свои PIC-и осторожно называл RISC-like. Вот не самое плохое определение RISC:

(Reduced Instruction Set Computer) A computer architecture that reduces chip complexity by using simpler instructions. RISC compilers have to generate software routines to perform complex instructions that were previously done in hardware by CISC computers. In RISC, the microcode layer and associated overhead is eliminated.

RISC keeps instruction size constant, bans the indirect addressing mode and retains only those instructions that can be overlapped and made to execute in one machine cycle or less. The RISC chip is faster than its CISC counterpart and is designed and built more economically.

Проверяем 51-й:

-- Проще набор инструкций. Соглашаться или нет - дело вкуса, однако по здравому размышлению я бы соглашаться не стал. Инструкций в 51-м много, и они сильно разномастные, неструктурированные. Просто из "большого набора" возможных CISC-инструкций выбраны те, которые наиболее употребительны в embedded-приложениях, чтобы общее количество не превышало 256 (один байт кода команд). Что явно не RISC. Про AJMP размусоливать не буду, на мой взгляд, это явный ляп разработчиков, ненужная по жизни команда, которая зазря съедает множество кодов.
Здесь я бы добавил такой характерный признак: из набора RISC команд выброшены те, которые удобны для программирования на ассемблере, но неудобны при написании компиляторов ЯВУ. При таком уточнении 51-й - совершенно точно не RISC, его система команд явно создавалась с заботой об ассеблерщиках. Для настоящего RISC-а писать программы на ассемблере должно быть мучением и мазохизмом. В идеале - брэйнфак с одной командой. Для 51-го это условие не выполняется, для него вполне приятно на ассемблере писать.

-- Отсутствует микрокодирование команд. Насколько мне известно, в оригинальном 51-м оно имело место быть. По крайней мере, когда я пытался заказать в МЭП-е советский клон i8044 (это 51-й с SDLC), разработчики сразу же сказали что будут делать с микрокодом, да еще хотели растактовку сделать не на 12 клоков, а на 16

-- Постоянный размер команд. В 51-м этот наиболее характерный признак RISC отсутствует, размер команд переменный.

-- Нет косвенной адресации. На мой взгляд, не самый важный признак, но все же: в 51-м она есть, однако...

-- В определении об этом забыли, но вообще-то RISC должен любую команду выполнять за 1 такт, что неверно для 51-го. Имхо, поэтому PIC и не называли настоящим RISC-ом, хотя по другим признакам он подходит. Еще у старых PIC-ов система команд тоже оптимизировалась для ассемблерного написания программ, а не для ЯВУ.

[defunct]

Проверяем 51-й:

Хорошо, давайте проверим. Заодно чтобы проверять было легче, возьмем для сравнения AVR ибо RISC.

-- Проще набор инструкций. Соглашаться или нет - дело вкуса

Набор инструкций C51 проще чем AVR, AVR - RISC, следовательно C51 этому параметру удовлетворяет.

-- Отсутствует микрокодирование команд. Насколько мне известно, в оригинальном 51-м оно имело место быть. По крайней мере, когда я пытался заказать в МЭП-е советский клон i8044 (это 51-й с SDLC), разработчики сразу же сказали что будут делать с микрокодом, да еще хотели растактовку сделать не на 12 клоков, а на 16

Про выполненение команд микропрограммно, я уже отмечал. Да в оригинальном C51 есть микропрограммыный блок управления, но он обусловлен лишь несовершенством технологий на то время. Наличие усовершенствованных однотактовых ядер C51 говорит о том, что сегодня система команд C51 - удовлетворяет параметрам RISC. А если из оригинала убрать div/mul то и оригинальный C51 процессор удовлетворяет этому параметру. Неужели только из-за пары команд стоит переводить процессор в класс CISC процессоров, которые совсем не предназначены для решения задач, которые решают МК. Битовый CISC процессор звучит по крайней мере глупо.

-- Постоянный размер команд. В 51-м этот наиболее характерный признак RISC отсутствует, размер команд переменный.

Размер команды практически постоянный 1/2 байт. 3 байта относится только к тем командам где работа производится с 16-битным адресом или 16-битными данными. Исключение, такое же как и в других RISC процессорах, где исп. команды дальнего (far) вызова и перехода.

-- Нет косвенной адресации. На мой взгляд, не самый важный признак, но все же: в 51-м она есть, однако...

В AVR есть косвенная адресация, и даже косвенный вызов, более того есть даже косвенная адресация со смещением, если следовать этому правилу, то AVR - не RISC, а все знают что он RISC, следовательно по аналогии C51 удовлетворяет и этому параметру.

-- В определении об этом забыли, но вообще-то RISC должен любую команду выполнять за 1 такт, что неверно для 51-го. Имхо, поэтому PIC и не называли настоящим RISC-ом, хотя по другим признакам он подходит. Еще у старых PIC-ов система команд тоже оптимизировалась для ассемблерного написания программ, а не для ЯВУ.

Неправда! В определении RISCа нет ограничений в 1 такт, есть ограничение в 1-2 цикла. У PIC'а цикл исполнения команды - 4 такта, у C51 - 12, невелика разница. А насчет якобы оптимизации системы команд PIC'a для якобы "удобства написания программ на ассемблере" я могу сказать лишь: PIC ассемблер - наиболее "козий" и неудобный в использовании из всех с которыми мне доводилось работать.


Мое мнение таково - практически любой 8 битный MK это RISC, как минимум по двум причинам -
1. система команд (как даже вы заметили для C51) сокращена
напомню ваши слова:

Просто из "большого набора" возможных CISC-инструкций выбраны те, которые наиболее употребительны в embedded-приложениях

Когда что-то оставляют, а все остальное выбрасывают - это называется сокращение "reduction" не так ли? Так вот для C51 из CISC навыбрасывали столько всего, что от CISC осталось меньше инструкций, чем напихано в современных RISC процессорах. Да и ставить C51 в одну шеренгу с современными CISC - P4/AMD64 просто смешно.

2. быстрая реакция на прерывания (основная особенность характерная для всех RISC процессоров).
Про регистровые банки, которые способствуют быстрому пререключению задач характерной для RISC вы в своем сравнении почему-то забыли. А ведь по этому параметру C51 гораздо ближе к RISC чем тот же AVR.
Еще разок повторюсь: хотите считать C51 CISCом вопреки здравому смыслу - Аминь.