从芯认识 浅谈宽带路由器处理芯片

　　随着宽带网络的逐步普及，宽带路由器已经得到越来越广泛的应用。宽带和窄带比起来，最主要就是个“快”字，所以大家在选购宽带路由器时，非常关心其性能怎么样。宽带路由器的性能和档次高低的标志，主要由处理器、内存和缓存来决定。

　　宽带路由器的处理器同电脑主板、CPU等产品一样，是宽带路由器最核心的器件。处理器的好坏直接影响宽带路由器的性能，处理能力差的处理器，宽带路由器性能好不了，因此，在这里着重分析一下宽带路由器所用处理器的芯片。

　　一、认识宽带路由器的处理器

　　处理器不分档次高低，都是宽带路由器的心脏。 一般来说，处理器主频在100M或以下的属于较低主频，100M-200M属于中等主频，200M以上的属于较高主频。

　　通常在中低端宽带路由器中，处理器负责交换路由信息、路由表查找以及转发数据包，处理器的能力直接影响路由器的吞吐量(路由表查找时间)和路由计算能力(影响网络路由收敛时间)。

　　在高端宽带路由器中，通常包转发和查表由ASIC芯片完成，处理器只实现路由协议、计算路由以及分发路由表。由于技术的发展，宽带路由器的处理器采用的内核种类很多。

　　二、宽带路由器的处理器芯片

　　处理器一般采用x86、ARM7、ARM9、MIPS、Intel Xscale等。80186、ARM7内核处理器是第一代宽带路由器的典型配置，性能低，这样的宽带路由器只适合普通家庭用户，主流厂商均已不再使用。

　　ARM9和MIPS内核处理器是目前宽带路由器主流配置，常见的ARM9分普通型的920T/922T/940T和增强型的926E/946E/966E，而MIPS分2K、3K、4K系列，不同型号的处理器性能会有较大差异。Intel Xscale内核处理器是高级网络处理器，用于高端产品。一般处理器都是单处理器，采用多处理器分布式处理的是高级处理器，性能高。

　　1. ARM

　　ARM是一家既不生产也不销售芯片的公司，是英国一家电子公司的名字，全名是Advanced RISC Machine，成立于1990年11月，是苹果电脑，Acorn电脑集团和VLSI Technology的合资企业。Acorn曾推出世界上首个商用单芯片RISC处理器，而苹果电脑当时希望将RISC技术应用于自身系统，ARM微处理器新标准因此应运而生。

　　它设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。该技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。它通过出售芯片技术授权，建立起新型的微处理器设计、生产和销售商业模式。这种商业模式取得极大的成功，采用ARM技术IP核的微处理器遍及各类电子产品:汽车、消费电子、成像、工业控制、海量存储、网络、安保和无线等市场，ARM技术几乎无处不在，ARM的16/32位嵌入式处理器技术是世界上应用最为普遍的微处理器结构。

　　微处理器是ARM技术的重中之重，目前面向市场的有:

　　ARM710系列，包括ARM710、ARM710T、ARM720T和ARM740T:低价、低能耗、封装式常规系统微型处理器，配有高速缓存(Cache)、内存管理、写缓冲和JTAG。广泛应用于手持式计算、数据通信和消费类多媒体。

　　ARM940T、920T系列:低价、低能耗、高性能系统微处理器，配有Cache、内存管理和写缓冲。应用于高级引擎管理、保安系统、顶置盒、便携计算机和高档打印机。

　　StrongARM:性能很高、同时满足常规应用需要的一种微处理器技术，与DEC联合研制，后来授权给Intel。SA110处理器、SA1100 PDA系统芯片和SA1500多媒体处理器芯片均采用了这一技术。

　　ARM7500和ARM7500FE:高度集成的单芯片RISC计算机，基于一个缓存式ARM7 32位内核，拥有内存和I/O控制器、3个DMA通道、片上视频控制器和调色板以及立体声端口;ARM7500FE则增加了一个浮点运算单元以及对EDO DRAM的支持。特别适合电视顶置盒和网络计算机(NC)。

　　唯一没有购买ARM授权的是Intel的老对头AMD，因为Intel便携式处理器采用的是StrongARM，而AMD则收购了Alchemy公司与之抗衡，采用的是MIPS结构。

　　2. MIPS

　　MIPS技术公司是一家设计制造高性能、高档次及嵌入式32位和64位处理器的厂商，在RISC处理器方面占有重要地位。1984年，MIPS计算机公司成立。1992年，SGI收购了MIPS计算机公司。1998年，MIPS脱离SGI，成为MIPS技术公司。

　　MIPS公司设计RISC处理器始于二十世纪八十年代初，1986年推出R2000处理器，1988年推R3000处理器，1991年推出第一款64位商用微处器R4000。之后又陆续推出R8000(于1994年)、R10000(于1996年)和R12000(于1997年)等型号。

　　随后，MIPS公司的战略发生变化，把重点放在嵌入式系统。1999年，MIPS公司发布MIPS32和MIPS64架构标准，为未来MIPS处理器的开发奠定了基础。新的架构集成了所有原来NIPS指令集，并且增加了许多更强大的功能。

　　MIPS公司陆续开发了高性能、低功耗的32位处理器内核(core)MIPS324Kc与高性能64位处理器内核MIPS64 5Kc。2000年，MIPS公司发布了针对MIPS32 4Kc的版本以及64位MIPS 64 20Kc处理器内核。如TL-R490宽带路由器就是采用MIPS 4K内核处理器。

　　3. Intel Xscale

　　Intel的XScale RISC处理器源于获得很大成功的ARM处理器(Advanced RISC Machines公司开发)，在架构扩展的基础上也保留了对以往产品(主要指软件产品)的向下兼容性。在ARM推出一款时间之后，DEC获得了许可并开发出他们自己的高级版StrongARM。DEC和康柏合并后，StrongARM核心被Intel买走，开发出了自己的兼容产品Xscale。

　　这款产品功耗更低，系统伸缩性更好，同时核心频率也得到了提高，目前400MHz的产品已经进入市场，而600、800Mhz的Xscale处理器也将很快面世。同时，这种处理器还支持高效通讯指令，可以和同样架构处理器之间达到高速传输。

　　其中一个主要的扩展就是无线MMX，这是一种64位的SIMD指令集，在新款的Xscale处理器中集成有SIMD协处理器。这些指令集可以有效的加快视频、3D图像、音频以及其他SIMD传统元素处理。

　　三、处理器并非唯一的性能体现

　　宽带路由器的处理器只是宽带路由器的一个部件，特别之处只在于它是最核心的器件。宽带路由器的处理器性能并不能完全反映路由器性能。宽带路由器性能由路由器吞吐量、时延和路由计算能力等指标体现。

　　宽带路由器的处理器用得差路由器性能好不了，但反过来处理器好了路由器性能却不一定好。处理器主频只是处理器的一个性能指标，要知道处理器性能，还必须了解其总线宽度(16位还是32位)、Cache容量和结构、内部总线结构、是单CPU还是多CPU分布式处理、运算模式等等，这些都会极大地影响处理器性能。

　　这颗芯如此重要，但都是外国的，而我国的第一枚通讯领域高端路由交换核心芯片——“华夏网芯”现在也出世了。据悉，“华夏网芯”拥有完全自主知识产权，此高新领域没有“中国芯”的历史自此宣告结束。