1+X证书 智能计算平台应用开发【初级】第7章 基础应用软件开发测试(7.1 应用软件移植)V1.0

续航时间长
• 同样容量的电池，功 耗低的产品比功耗高 的续航时间更长。
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不同架构对于应用的影响——ARM的优势
ARM的低功耗对制造和开发成本影响很大，综合成本更低，具体体现如下。
软件开发成本
• ARM采用精简指令集，操作系 统很小，一般不携带很多工具。
• 基于x86的软件开发可以使用 较多的编程语言或工具，而基 于ARM的软件大多用使C或Java 开发，其学习和掌握编程能力 较难、时间过长，所以开发成 本比较高 。
应用场合，ARM的效率更高。
扩展能力
• x86架构的计算机采用“桥”的方式与扩展设备进行连接，x86架构的计算机容易进行 性能扩展，如增加内存、硬盘等。
• ARM架构的计算机是通过专用的数据接口使CPU与数据存储设备进行连接，其存储、 内存等扩展难以进行。
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不同架构对于应用的影响——x86与ARM的区别
第7章 基础应用软件开发测试
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目录
1. 应用软件移植 2. 软件测试
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应用软件移植
计算机从业人员，特别是程序员，都知道大多数软件程序是使用汇编语言、C、Java、 Python等计算机语言编写的，这些程序不能直接运行，必须先使用计算机的编译器对程 序进行编译，翻译成机器识别的指令，成为可执行的软件，然后由计算机的CPU来解释和 执行。
• 然而，对于Android系统开发的 软件，只要能在某台ARM设备 中运行，就可以在基于同样系
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硬件的开发成本
• ARM在CPU芯片中已经整合了 几乎所有功能，几乎所有线路 按原理图直接拉出即可，需要 扩展的部分不多，所以其开发 成本会比较低。
• x86的外围线路很多，需要具 有丰富经验的工程师，所以 x86主板的设计费用会比较高。
将在x86架构计算机上开发的软件移植至ARM架构的计算机，成为一种重要的趋势。
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不同架构对于应用的影响——CISC和RISC架构
CPU处理器分为CISC和RISC两种架构类型，复杂指令集计算机（CISC）和精简指令集计算 机（RISC），它们的区别在于不同的CPU设计理念和方法。
CISC和RISC架构类型表：
对x86和ARM两大架构的指 标比较分析，如右表。
ARM架构低功耗的优势， 对 采 用 ARM 架 构 的 设 备 和 应用软件的发展，起到了 很大的作用。
指标 指令系统 架构 工艺及技术 生态
开放性
供应商
x86 CISC，复杂指令集
ARM
RISC，精简指令集， 根据负担可优化
重核、多线程、高主频、 轻核，均衡的性能功
RISC架构要求使用软件指定各个操作步骤， 这种架构会降低CPU的复杂性，允许在同 样的工艺水平下生产出功能更加强大的 CPU，但是对于编译器的设计有更高的要 求。
指标对比项
CISC
RISC
指令系统
复杂
精简
存储器操作 控制指令多 控制简单
程序 CPU芯片电路
编程效率高
需要大内存空 间，不易设计
功能强、面积 面积小、功耗 大、功耗大 低
高性能、高功耗
耗比
14nm，摩尔定律放缓 生态非常成熟，通用性强
7nm，业界最领先的 制程工艺 生态正在快速发展和 完备
封闭，Intel和AMD主导
开放平台，IP授权的 商业模式
只有Intel、AMD两家CPU供 开放的授权策略，众
应商
多供应商
x86和ARM架构的指标比较
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不同架构对于应用的影响——ARM的优势
功耗
• x86计算机的CPU与早期相比，速度和性能提升了几千倍，但是其功耗一直居高不下，一台PC计算机的功耗 在一百到数百瓦特之间，即使是低功耗节能的手提电脑计算机，其功耗也在10~30瓦特之间。
• 现阶段，x86架构的CPU功耗是瓦特级别，而ARM架构的CPU是毫瓦特级别，功耗差异很大。
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不同架构对于应用的影响——ARM的优势
架构类型 CISC
RISC
架构名称 x86
ARM
MIPS PowerPC
推出公司 Intel，AMD
ARM
MIPS IBM
推出时间 1978
1985
1981 1991
授权商
海光、兆芯
苹果、三星、 高通、英伟达、 海丝、TI等
龙芯、炬力等
IBM
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不同架构对于应用的影响——CISC和RISC架构
早期的CPU多数采用CISC架构，它的设计目 的是CISC要用最少的机器语言指令来完成 所需的计算任务，这种架构会增加CPU结 构的复杂度和对CPU工艺的要求，但是对 于编译器的开发十分有利。
目前主流计算机架构主要有x86、ARM和Power，x86发展成为个人计算机的标准平台，成 为最成功的CPU架构之一。
ARM多用于通信、嵌入式和消费方面，近年来发展迅速，而Power多用于高端服务器，由 IBM公司一家独有，其发展有一定的局限性。
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不同架构对于应用的影响——x86与ARM的区别
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华为鲲鹏处理器
鲲鹏950 2023
鲲鹏930
2021
第1颗传输网 络的ASIC芯片
第1颗基于 ARM的无线基
站芯片
第1颗基于ARM 的移动端处理器
第1颗基于 ARM的64位处
理器
2014
鲲鹏916业界 第1颗多路 ARM处理器
2016
鲲鹏920业界 第1颗7nm数据
中心处理器
2019
1991
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应用软件移植
计算机主要是根据CPU架构和采用指令集的不 同来划分种类的。
CPU是一块超大规模的集成电路，是计算机设 备 的 运 算核心 （ Core ）和 控 制 核心 （ Control Unit）。
CPU主要包括寄存器、处理器和控制器，以及 实现它们之间联系的数据、控制等总线信号。
2005
2009
华为一系列鲲鹏处理器
不同架构对于应用的影响——ARM服务器
鲲鹏处理器的优点
• 采用ARM架构，同样性能占用的芯片面积小、功耗低、集成度更高，更多的硬件CPU核具备更 好的并发性能。
• 支持16位、32位、64位多种指令集，能很好地兼容从IOT、终端到云端的各类应用场景。 • 大量使用寄存器，大多数数据操作都在寄存器中完成，指令执行速度更快。 • 采用RISC指令集，指令长度固定，寻址方式灵活简单，执行效率高。
应用范围
通用机
专用机
CISC和RISC的指标对比
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不同架构对于应用的影响——CISC和RISC架构
RISC和CISC是设计制造微处理器的两种典型技术，虽然它们都是试图在体系结构、运行、 软件、硬件、编译时间和运行时间等诸多因素中努力寻找某种平衡，以达到高效的目的。 但是，由于采用的方法不同，使得很多方面差异很大。
程序分为编译型语言和解释型语言编写的程序，由于CPU架构和指令集的不同，在x86架 构上使用高级语言编写的程序，是不能直接在ARM架构上运行的。
此外，ARM架构体积小，传统的PC计算机的机架里可以放进4个ARM计算节点，总共48个 计算节点的服务器集群可以塞进一台单一的3U C5000机柜。
虽然每一个ARM架构的CPU的运算能力都大大逊色于x86架构的CPU，但使用同样多的钱可 以买更多ARM架构的CPU，搭建更多的节点，整体性能并不孙色。
由于CPU和指令集的不同，所以一种架构的计算机上的软件不能直接在另外一种架构的计 算机上运行，需要通过软件移植后才能运行。
CPU架构主要分为CISC和RISC。RISC的代表是ARM，而CISC的代表则是x86。 目前，主要的服务器CPU架构是x86架构，但是近年来，ARM架构的计算机设备迅猛发展，
CPU的工作分为取指令、指令译码、执行指令、 访问主存与读取操作数和结果写回等阶段，是 计算机中负责读取指令，对指令译码并执行指 令的核心部件。
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输入 设备
寄存 器 处理 器 控制 器
数据 信号 控制 信号
输出 设备
CPU中央处理器
不同架构对于应用的影响
在一种计算机上，使用C、Java、Python等高级语言编写的软件，必须使用这种计算机的 编译器，对程序进行编译，翻译成机器识别的指令，软件才能运行。
在某种架构的计算机上，采用该计算机的编译器，对其他架构的计算机上编写的软件程 序重新进行编译，软件就能在该计算机上运行，这种方法，业界称之为软件移植。
由于PC个人电脑和Windows操作系统使用的普遍性和工具的方便性，所以很多应用软件， 如嵌入式设备和ARM设备的软件，是在PC个人电脑和Windows操作系统上开发，然后通 过软件移植到这些设备上运行的。
ARM架构功耗低、成本低的两大优势，以及采用开放平台与IP授权的商业模式，使其发展 迅猛，应用越来越广泛
ARM架构不仅仅用于特定的专用终端设备，在ARM架构服务器方面，也有了较大的发展。 为了突破Intel的垄断，ARM架构的服务器制造商利用ARM高密度低功耗的优势，实现芯片
级的硬件定制，制造的ARM服务器大大地提升了CPU的利用率，为服务器虚拟化提供了一 个基于需求的扩容选择，从而为数据中心和企业带来更低的功耗、更高效的服务器解决 方案，大大节约了成本。
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不同架构对于应用的影响——ARM服务器
国际上基于ARM架构的服务器，近 年来进步很快，除了Dell外，亚马 逊云服务AWS推出基于ARM架构的 计算服务。
在国内，华为公司早在2005年，就 设计出基于ARM架构的基站芯片， 之后陆续开发出基于ARM的一系列 处理器，为智能计算提供了高效、 低功耗的服务器解决方案。
采用CISC，而ARM采用RISC。
性能
x86与ARM表现出来的区别主要有
性能、扩展能力、软件开发的方
便性及可使用工具的多样性以及
功耗4个方面。
x86与ARM
功耗
扩展能力
的区别
软件开发 的方便性 及可使用 工具的多
样性
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不同架构对于应用的影响——x86与ARM的区别
性能
• x86架构的计算机比ARM架构的性能更高，速度更快。 • ARM采用RISC流水线指令集，在完成综合性工作方面处于劣势，但在任务相对固定的
鲲鹏处理器的不足和解决方案
• 不足：在数据中心领域属于新进入者，其生态仍处于快速发展阶段，特别是缺乏更多的应用软 件。
• 解决方案：为了提高采用鲲鹏处理器数据中心的应用能力，最简便的捷径是将x86架构上开发 和运行的应用软件移植至采用鲲鹏处理器的数据中心。
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移植操作流程
移植操作流程是将在x86架构上开发和运行的应用软件移植至ARM架构上的一系列操作步 骤和过程。
阶段移植工作软件移植迁移环境管理工作技术分析支撑分析应用软件os操作系统数据库中间件组件等编程语言代码依赖库分析准备调试编译环境准备测试样机服务器openlab线上服务器成立项目组制定移植计划协调相关人力物料资源编译迁移重写汇编代码修改编译选项代码编译含依赖库替换搭建编译调试环境os操作系统编译器工程等例行监控与沟通汇报移植操作流程软件移植的过程?软件移植过程的5个阶段详情表
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不同架构对于应用的影响——ARM服务器
采用x86架构的服务器成本越来越高，一颗英特尔Xeon处理器价格就高达数千美元，它的 能耗就高达上百瓦特，与之配套的电源、主机板、散热器价格都不会便宜。
而ARM CPU在这方面就要好得多，例如，Dell公司推出的代号为“Copper”的ARM服务器 单个计算节点，包括CPU、内存、主机板等所有配件，热功耗仅为15瓦特。
硬件的制造及应用成本
• ARM或x86主板的制造成本是 由元件和加工费构成，通常一 片ARM的主板价格与一片x86 主板的价格差不多。
• 但ARM是一片可以独立使用的 产品，x86主板通常还要配备 CPU、内存、硬盘和显卡等。
• 因而x86在硬件方面的成本比 ARM高得多。
不同架构对于应用的影响——ARM服务器
ARM架构低功耗特性的，4个主要表现如下。

稳定性高
• 功耗越高，电子元器 件的稳定性和可靠性 越差。反之，功耗越 低，电子元器件的稳 定性和可靠性越好。
体积更小，寿命更长
• 散热成本低，可以制 造体积更小、寿命更 长的产品。
对供电电源的要求低
• 在同等条件下，功耗 越高对电源的要求也 就越高，电源的成本 也会随之增加。
软件开发的方便性及可使用工具的多样性
• x86架构的系统推出已经40多年，用户的应用、软件配套、软件开发工具的配套及兼容等工作，已经非常 成熟和完美。
• 使用x86计算机系统不仅有大量的第三方软件可供选择，也有大量的软件编程工具可以帮助用户完成所希 望完成的工作。
• ARM架构因为硬件性能、操作系统的精简以及系统兼容等问题的制约，不可能像x86计算机系统那样，具有 众多的编程工具和第三方软件可供选择及使用，ARM的编程语言大多采用C和Java，难度也相对较高。
不同的应用软件的移植流程基本是一样的，但编译型和解释型的计算机语言编写的应用 软件会略有不同。
编译型计算机语言编写的应用软件在编译时进行转换，直接生成可执行的机器码文件。 解释型计算机语言编写的应用软件，并不直接生成可执行文件，而是在运行时才进行转
换工作。
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移植操作流程——软件移植原理