嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)與比較分析
時(shí)間:2008-06-27 14:58:00來(lái)源:ronggang
導(dǎo)語(yǔ):?嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到當(dāng)今各個(gè)領(lǐng)域,與我們的生活息息相關(guān),小到掌上的數(shù)字產(chǎn)品,大到汽車(chē)、航天飛機(jī)
嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到當(dāng)今各個(gè)領(lǐng)域,與我們的生活息息相關(guān),小到掌上的數(shù)字產(chǎn)品,大到汽車(chē)、航天飛機(jī)。
提到嵌入式系統(tǒng)我們很快會(huì)聯(lián)想到單片機(jī),不錯(cuò),MCU是最基礎(chǔ)和常用的嵌入式系統(tǒng),但是目前像FPGA、ARM、DSP、MIPS等其他嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。嵌入式系統(tǒng)與模擬電路或其他功能電路組成的SoC(System on Chip,片上系統(tǒng))或SiP(System in Package,系統(tǒng)級(jí)封裝)在手機(jī)、機(jī)頂盒等功能復(fù)雜的產(chǎn)品上的應(yīng)用也越來(lái)越多。
總的來(lái)說(shuō),嵌入式系統(tǒng)發(fā)展呈現(xiàn)如下特點(diǎn):
·由8位處理向32位過(guò)渡
·由單核向多核過(guò)渡
·向網(wǎng)絡(luò)化功能發(fā)展
·MCU、FPGA、ARM、DSP等齊頭并進(jìn)
·嵌入式操作系統(tǒng)呈多元化趨勢(shì)
所有的嵌入式處理器都是基于一定的架構(gòu)的,即IP核(Intellectual Property,知識(shí)產(chǎn)權(quán)),生產(chǎn)處理器的廠家很多,但擁有IP核的屈指可數(shù)。有自己的IP核,光靠賣(mài)IP核即可坐擁城池。
嵌入式系統(tǒng)的架構(gòu)有專(zhuān)有架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)之分,在MCU(微控制器)產(chǎn)品上,像瑞薩(Renesas)、飛思卡爾(Freescale)、NEC都擁有自己的專(zhuān)有IP核,而其他嵌入式處理器都是基于標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)。本文僅討論標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)。
標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)有兩大體系,目前占主要地位的是所謂RISC(Reduced Instruction Set Computer,精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))處理器。RISC體系的陣營(yíng)非常廣泛,ARM、MIPS、PowerPC、ARC、Tensilica等等,都是屬于RISC處理器的范疇。不過(guò)這些處理器雖然同樣是屬于RISC體系,但是在指令集設(shè)計(jì)與處理單元的結(jié)構(gòu)上都各有不同,因此彼此完全不能兼容,在特定平臺(tái)上所開(kāi)發(fā)的軟件無(wú)法直接為另一硬件平臺(tái)所用,必須經(jīng)過(guò)重新編譯。
其次是CISC(Complex Instruction Set Computer,復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī))處理器體系,我們所熟知的Intel的x86處理器就屬于CISC體系,CISC體系其實(shí)是非常低效率的體系,其指令集結(jié)構(gòu)上背負(fù)了太多包袱,貪大求全,導(dǎo)致芯片結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度極大提升。過(guò)去被應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)的x86處理器,多為舊世代的產(chǎn)品,比如說(shuō),工業(yè)計(jì)算機(jī)中仍可常見(jiàn)數(shù)年前早已退出個(gè)人計(jì)算機(jī)市場(chǎng)的Pentium3處理器。由于此代的產(chǎn)品效能與功耗比可以說(shuō)是過(guò)去x86體系的甜蜜點(diǎn),加上已經(jīng)被市場(chǎng)長(zhǎng)久驗(yàn)證,穩(wěn)定性高,故常被應(yīng)用于效能需求不高但穩(wěn)定性要求高的應(yīng)用中,如工控設(shè)備等產(chǎn)品。
RISC家族之ARM處理器
ARM公司于1991年成立于英國(guó)劍橋,主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。目前,采用ARM技術(shù)智能財(cái)產(chǎn)(IP)核心的處理器,即我們通常所說(shuō)的ARM處理器,已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無(wú)線系統(tǒng)等各類(lèi)產(chǎn)品市場(chǎng),基于ARM技術(shù)的處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位RISC微處理器75%以上的市場(chǎng)。ARM技術(shù)不僅逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面,我們甚至可以說(shuō),ARM于人類(lèi)的生活環(huán)境中,已經(jīng)是不可或缺的一環(huán)。
目前市面上常見(jiàn)的ARM處理器架構(gòu),可分為ARM7、ARM9以及ARM11,新推出的Cortex系列尚在進(jìn)行開(kāi)發(fā)驗(yàn)證,市面上還未有相關(guān)產(chǎn)品推出。ARM也是嵌入式處理器中首先推出多核心架構(gòu)的廠商。
ARM首個(gè)多核心架構(gòu)為ARM11 MPCore,架構(gòu)于原先的ARM11處理器核心之上。ARM11核心是發(fā)布于2002年10月份,為了進(jìn)一步提升效能,其管線長(zhǎng)度擴(kuò)展到8階,處理單元?jiǎng)t增加為預(yù)取、譯碼、發(fā)送、轉(zhuǎn)換 /MAC1、執(zhí)行/MAC2、內(nèi)存存取/MAC3和寫(xiě)入等八個(gè)單元,體系上屬于ARM V6指令集架構(gòu)。ARM11采用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的0.13μm制造制程,運(yùn)行頻率最高可達(dá)500M~700MHz。如果采用90nm制程,ARM11核心的工作頻率能夠輕松達(dá)到1GHz以上——對(duì)于嵌入式處理器來(lái)說(shuō),這顯然是相當(dāng)驚人的,不過(guò)顯然1GHz在ARM11體系中不算是個(gè)均衡的設(shè)定,因此幾乎沒(méi)有廠商推出達(dá)到1GHz的ARM11架構(gòu)處理器。
ARM11的邏輯核心也經(jīng)過(guò)大量的改進(jìn),其中最重要的當(dāng)屬“靜/動(dòng)態(tài)組合轉(zhuǎn)換的預(yù)測(cè)功能”。ARM11的執(zhí)行單元包含一個(gè)64位、4種狀態(tài)的地址轉(zhuǎn)換緩沖,它主要用來(lái)儲(chǔ)存最近使用過(guò)的轉(zhuǎn)換地址。當(dāng)采用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換預(yù)測(cè)機(jī)制而無(wú)法在尋址緩沖內(nèi)找到正確的地址時(shí),靜態(tài)轉(zhuǎn)換預(yù)測(cè)功能就會(huì)立刻接替它的位置。在實(shí)際測(cè)試中,單純采用動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率為88%,單純采用靜態(tài)預(yù)測(cè)機(jī)制的準(zhǔn)確率只有77%,而ARM11的靜/動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)組合機(jī)制可實(shí)現(xiàn)92%的高準(zhǔn)確率。針對(duì)高時(shí)脈速度帶來(lái)功耗增加的問(wèn)題,ARM11采用一項(xiàng)名為IEM (Intelligent Energy Manager)的智能電源管理技術(shù)。該技術(shù)可根據(jù)任務(wù)負(fù)荷情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)處理器的電壓,進(jìn)而有效降低自身的功耗。這一系列改進(jìn)讓ARM11的功耗效能比得以繼續(xù)提高,平均每MHz只需消耗0.6mW(有快取時(shí)為0.8mW)的電力,處理器的最高效能可達(dá)到660 Dhrystone MIPS,遠(yuǎn)超過(guò)上一代產(chǎn)品。
至于ARM11 MPCore,其在架構(gòu)上與ARM11同樣屬于V6指令體系。根據(jù)不同應(yīng)用的需要,MPCore可以被配置為1~4個(gè)處理器的組合方式,根據(jù)官方資料,其最高性能約可達(dá)到2600 Dhrystone MIPS的程度。MPCore是標(biāo)準(zhǔn)的同質(zhì)多核處理器,組成MPCore的是4個(gè)基于ARM11架構(gòu)的處理器核心。由于多核心設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是在頻率不變的情況下讓處理器的性能獲得明顯提升,因此可望在多任務(wù)應(yīng)用中擁有良好的表現(xiàn),這一點(diǎn)很適合未來(lái)家庭消費(fèi)電子的需要。例如,機(jī)頂盒在錄制多個(gè)頻道電視節(jié)目的同時(shí),還可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)收看數(shù)字視頻點(diǎn)播節(jié)目;車(chē)內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)在提供導(dǎo)航功能的同時(shí),仍然有余力可以向后座乘客播放各類(lèi)視頻碼流等。
RISC家族之MIPS處理器
MIPS是美國(guó)歷史悠久的RISC處理器體系,其架構(gòu)的設(shè)計(jì),也如美國(guó)人的性格一般,相當(dāng)大氣且理想化。MIPS架構(gòu)起源,可追溯到上世紀(jì)80年代,斯坦福大學(xué)和伯克利大學(xué)同時(shí)開(kāi)始RISC架構(gòu)處理器的研究。
MIPS公司成立于1984年,隨后在 1986年推出第一款R2000處理器,在1992年時(shí)被SGI所并購(gòu)。但隨著MIPS架構(gòu)在桌面市場(chǎng)的失守,后來(lái)它在1998年脫離了SGI,成為MIPS技術(shù)公司,并且在1999年重新制定 公司策略,將市場(chǎng)目標(biāo)導(dǎo)向嵌入式系統(tǒng),并且統(tǒng)一旗下處理器架構(gòu),區(qū)分為32-bit以及64-bit兩大家族,以技術(shù)授權(quán)作為主要營(yíng)利模式。
MIPS除了在手機(jī)中應(yīng)用的比例極小外,在一般數(shù)字消費(fèi)性、網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音、個(gè)人娛樂(lè)、通信與商務(wù)應(yīng)用市場(chǎng)有著相當(dāng)不錯(cuò)的成績(jī),不過(guò)近年來(lái)因?yàn)槠渌鸌P授權(quán)公司的興起,其占有比率稍有衰退。MIPS應(yīng)用最為廣泛的應(yīng)屬家庭視聽(tīng)電器(包含機(jī)頂盒)、網(wǎng)通產(chǎn)品以及汽車(chē)電子方面。
對(duì)于MIPS,其核心技術(shù)強(qiáng)調(diào)的是多執(zhí)行處理能力(Multiple issue,國(guó)內(nèi)也通常稱(chēng)作多發(fā)射核技術(shù),以下以此稱(chēng)謂)。一般來(lái)說(shuō),多核心與多發(fā)射是兩個(gè)并不互斥的體系,可以彼此結(jié)合,然而在嵌入式領(lǐng)域,ARM與MIPS這兩大處理器IP廠商對(duì)這兩個(gè)架構(gòu)的態(tài)度不同,造成這兩個(gè)架構(gòu)在嵌入式市場(chǎng)上對(duì)抗的結(jié)果。
MIPS的多發(fā)射體系為MIPS34K系列,此為32位架構(gòu)處理器。其實(shí)從架構(gòu)上來(lái)看,多發(fā)射核技術(shù)只是為了盡量避免處理單元閑置浪費(fèi)而為的折衷手段,就是將處理器中的閑置處理單元,分割出來(lái)虛擬為另一個(gè)核心,以提高處理單元的利用率。在技術(shù)上,為了實(shí)現(xiàn)硬件多重處理,多核心與多發(fā)射兩者在軟件最佳化的復(fù)雜度方面同樣都比單核心架構(gòu)來(lái)得復(fù)雜許多。
34K核心能執(zhí)行現(xiàn)有的對(duì)稱(chēng)式二路SMP操作系統(tǒng)(OSes)與應(yīng)用軟件,通過(guò)操作系統(tǒng)的主動(dòng)管理,現(xiàn)有的應(yīng)用軟件也能善用多發(fā)射處理能力。它亦能應(yīng)用在多個(gè)執(zhí)行線程各自有不同角色(AMP或非對(duì)稱(chēng)式多重處理)的環(huán)境下。此外,34K核心能設(shè)定一兩個(gè)虛擬處理組件(VPE)以及多至5個(gè)線程內(nèi)容(Thread Content),提供相當(dāng)高的設(shè)計(jì)彈性。MIPS的多發(fā)射在任務(wù)切換時(shí),有多余的硬件緩存器可以記錄執(zhí)行狀態(tài),避免切換任務(wù)時(shí),因?yàn)楸仨氈匦录虞d指令,或者是重新執(zhí)行某部分的工作,造成整個(gè)執(zhí)行線程的延遲。不過(guò)即便能夠達(dá)到同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)的能力,多發(fā)射處理器本質(zhì)上仍然是單核心處理器,在單一執(zhí)行面臨高負(fù)載時(shí),其他執(zhí)行的處理時(shí)間就有可能會(huì)被壓縮,甚至被暫停。而不同執(zhí)行緒在執(zhí)行的過(guò)程中,諸如內(nèi)存鎖定、解鎖以及同步等處理過(guò)程在多發(fā)射體系上也會(huì)發(fā)生,因此在極端情況下,多發(fā)射的性能是明顯比不上原生多核心架構(gòu)的(以兩個(gè)執(zhí)行緒對(duì)兩個(gè)核心的比較而言)。
不過(guò)多發(fā)射體系的優(yōu)點(diǎn)在于硬件效率高,理論上功耗能有效降低。部分IC設(shè)計(jì)公司推出了基于MIPS架構(gòu)的平行架構(gòu)多核心,形成兼具多核與多發(fā)射的應(yīng)用架構(gòu),相信在未來(lái)這種體系將會(huì)納入MIPS的原生架構(gòu)當(dāng)中,以應(yīng)付更復(fù)雜的應(yīng)用。
RISC家族之PowerPC
PowerPC是一種RISC多發(fā)射體系結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)90年代,IBM(國(guó)際商用機(jī)器公司)、Apple(蘋(píng)果公司)和Motorola(摩托羅拉)公司開(kāi)發(fā)PowerPC芯片成功,并制造出基于PowerPC的多處理器計(jì)算機(jī)。PowerPC架構(gòu)的特點(diǎn)是可伸縮性好、方便靈活。第一代PowerPC采用0.6微米的生產(chǎn)工藝,晶體管的集成度達(dá)到單芯片300萬(wàn)個(gè)。Motorola公司將PowerPC內(nèi)核設(shè)計(jì)到SOC芯片之中,形成了Power QUICC(Quad Integrated Communications Controller), Power QUICC II和Power QUICC III家族的數(shù)十種型號(hào)的嵌入式通信處理器。
Motorola的基于PowerPC體系結(jié)構(gòu)的嵌入式處理器芯片有MPC505、821、850、860、8240、8245、8260、8560等近幾十種產(chǎn)品,其中MPC860是Power QUICC系列的典型產(chǎn)品,MPC8260是Power QUICC II系列的典型產(chǎn)品,MPC8560是Power QUICC III系列的典型產(chǎn)品。
Power QUICC系列微處理器一般有三個(gè)功能模塊組成,嵌入式PowerPC核(EMPCC)、系統(tǒng)接口單元(SIU)以及通信處理器(CPM)模塊,這三個(gè)模塊內(nèi)部總線都是32位。除此之外Power QUICC中還集成了一個(gè)32位的RISC內(nèi)核。Power PC核主要執(zhí)行高層代碼,而RISC則處理實(shí)際通信的低層通信功能,兩個(gè)處理器內(nèi)核通過(guò)高達(dá)8K字節(jié)的內(nèi)部雙口RAM相互配合,共同完成MPC854強(qiáng)大的通行控制和處理功能。CPM以RISC控制器為核心構(gòu)成,除包括一個(gè)RISC控制器外,還包括七個(gè)串行DMA(SDMA)通道、兩個(gè)串行通信控制器(SCC)、一個(gè)通用串行總線通道(USB)、兩個(gè)串行管理控制器(SMC)、一個(gè)I2C接口和一個(gè)串行外圍電路(SPI),可以通過(guò)靈活的編程方式實(shí)現(xiàn)對(duì)Ethemet、USB、T1/E1,ATM等的支持以及對(duì)UART, HDLC等多種通信協(xié)議的支持。
Power QUICCII 完全可以看作是Power QUICC的第二代,在靈活性、擴(kuò)展能力、集成度等方面提供了更高的性能。Power QUICC 11同樣由嵌入式的PowerPC核和通信處理模塊CPM兩部分集成而來(lái)。這種雙處理器器的結(jié)構(gòu)由于CPM承接了嵌入式Power PC核的外圍接口任務(wù),所以較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加省電。CPM交替支持三個(gè)快速串行通信控制器(FCC)、二個(gè)多通道控制器(MCC),四個(gè)串行通信控制器(SCC),二個(gè)串行管理控制器(SMC)、一個(gè)串行外圍接口電路(SPI)和一個(gè)12C接口。嵌入式的Power PC核和通信處理模塊(CPM)的融和,以及Power QUICCII的其他功能、性能縮短了技術(shù)人員在網(wǎng)絡(luò)和通信產(chǎn)品方面的開(kāi)發(fā)周期。
同Power QUICCII相比,Power QUICC III集成度更高、功能更強(qiáng)大,具有更好的性能提升機(jī)制。Power QUICC III中的CPM較Power QUICC II產(chǎn)品200MHz的CPM運(yùn)行速度提升了66%,達(dá)到333MHz,同時(shí)保持了與早期產(chǎn)品的向后兼容性。這使得客戶能夠最大范圍地延續(xù)其現(xiàn)有的軟件投入,簡(jiǎn)化未來(lái)的系統(tǒng)升級(jí),又極大地節(jié)省開(kāi)發(fā)周期。Power QUICCIII通過(guò)微代碼具有的可擴(kuò)展性和增加客戶定制功能的特性,能夠使客戶針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)發(fā)出各具特色的產(chǎn)品。這種從Power QUICC II開(kāi)始就有的微代碼復(fù)用功能,已經(jīng)成為簡(jiǎn)化和降低升級(jí)成本的主要設(shè)計(jì)考慮。
PowerPC一般應(yīng)用在服務(wù)器或運(yùn)算能力強(qiáng)大的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)以及游戲機(jī)上。
RISC家族之ARC 架構(gòu)
與其他RISC處理器技術(shù)相比起來(lái),ARC的可調(diào)整式(Configurable)架構(gòu),為其在變化多端的芯片應(yīng)用領(lǐng)域中爭(zhēng)得一席之地。其可調(diào)整式架構(gòu)主要著眼于不同的應(yīng)用,需要有不同的功能表現(xiàn),固定式的芯片架構(gòu)或許可以面面俱到,但是在將其設(shè)計(jì)進(jìn)入產(chǎn)品之后,某些部分的功能可能完全沒(méi)有使用到的機(jī)會(huì),即使沒(méi)有使用,開(kāi)發(fā)商仍需支付這些多余部分的成本,形成了浪費(fèi)。
由于制程技術(shù)的進(jìn)步,芯片體積的微縮化,讓半導(dǎo)體廠商可以利用相同尺寸的晶圓切割出更多芯片,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化,則有助于降低芯片設(shè)計(jì)流程,單一通用IP所設(shè)計(jì)出來(lái)的處理器即可應(yīng)用于各種用途,不需要另辟產(chǎn)能來(lái)生產(chǎn)特定型號(hào)或功能的產(chǎn)品,大量生產(chǎn)也有助于降低單一芯片的成本,而這也是目前嵌入式處理器的共通現(xiàn)象。
在ARC的設(shè)計(jì)概念中,是追求單一芯片成本的最小化,量體裁衣,這需要在設(shè)計(jì)階段依靠特定EDA軟件才能做到。
ARC近期也推出了基于700系列的多媒體應(yīng)用加速處理器,其中整合了ARC 700通用處理核心,以及高速SIMD處理單元,可以在低時(shí)鐘下輕松進(jìn)行諸如藍(lán)光光盤(pán)的H.264編譯碼處理,此架構(gòu)稱(chēng)為VideoSubsystem,基本上該應(yīng)用處理器就可以擔(dān)任通用運(yùn)算工作,不過(guò)也可以與其他諸如ARM或MIPS體系進(jìn)行連接,以滿足應(yīng)用程序的兼容性與影音數(shù)據(jù)流的加速。
RISC家族之Tensilica架構(gòu)
Tensilica公司的 Xtensa 處理器是一個(gè)可以自由配置、彈性擴(kuò)張,并可以自動(dòng)合成的處理器核心。Xtensa 是第一個(gè)專(zhuān)為嵌入式單芯片系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的微處理器。為了讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師能夠彈性規(guī)劃、執(zhí)行單芯片系統(tǒng)的各種應(yīng)用功能,Xtensa 在研發(fā)初期就已鎖定成一個(gè)可以自由裝組的架構(gòu),因此我們也將其架構(gòu)定義為可調(diào)式設(shè)計(jì)。
Tensilica公司的主力產(chǎn)品線為Xtensa,該產(chǎn)品讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師可以挑選所需的單元架構(gòu),再加上自創(chuàng)的新指令與硬件執(zhí)行單元,就可以設(shè)計(jì)出比其他傳統(tǒng)方式強(qiáng)大數(shù)倍的處理器核心。Xtensa 生產(chǎn)器可以針對(duì)每一個(gè)處理器的特殊組合,自動(dòng)有效地產(chǎn)生出一套包括操作系統(tǒng),完善周全的軟件工具。
Xtensa為一32位處理器,該結(jié)構(gòu)特色是有一套專(zhuān)門(mén)為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、精簡(jiǎn)且效能表現(xiàn)不錯(cuò)的16與24位指令集。其基本結(jié)構(gòu)擁有80個(gè) RISC 指令,其中包括32位 ALU、6個(gè)管理特殊功能的緩存器、32或64個(gè)普通功能32位緩存器。這些32位緩存器都設(shè)有加速運(yùn)行功能的信道。Xtensa 處理器的指令相當(dāng)精簡(jiǎn),系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以以此縮減程序代碼的長(zhǎng)度,從而提高指令的密集度并降低功耗。相對(duì)于高合成的單芯片系統(tǒng)ASIC而言,能達(dá)到有效減低成本。Xtensa 的指令集構(gòu)架包括有效的分支指令,例如:經(jīng)合成的比較 - 分歧循環(huán)、零開(kāi)銷(xiāo)循環(huán)和二進(jìn)制處理,包括漏斗切換和字段抽段操作等。浮點(diǎn)運(yùn)算單元與向量 DSP 單元是 Xtensa 結(jié)構(gòu)上兩個(gè)可以加選的處理單元,可以加強(qiáng)在特定應(yīng)用的效能表現(xiàn)。
CISC家族之x86
x86處理器應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)的歷史相當(dāng)悠久,以Intel為例,其Pentium3時(shí)代的處理器與芯片組,至今仍活躍在許多工控電腦產(chǎn)業(yè)中。而隨著兩大x86廠商放棄RISC產(chǎn)品線,并積極規(guī)劃移動(dòng)應(yīng)用產(chǎn)品,x86進(jìn)入到消費(fèi)性電子嵌入式市場(chǎng)就不再只是傳言。當(dāng)然,x86處理器普遍都有功耗過(guò)高且芯片數(shù)量龐大的缺點(diǎn),不適合應(yīng)用在要求精簡(jiǎn)省電的嵌入式架構(gòu)中。但隨著發(fā)展,這一切都有了根本上的改變。
盡管Pentium4是Intel相對(duì)失敗之作,但Pentium3依舊是市場(chǎng)的最?lèi)?ài),就連Intel本身也舍不得放棄Pentium3的微架構(gòu)。如今已經(jīng)經(jīng)過(guò)數(shù)次的翻新與修改,即便是最新的4核心產(chǎn)品,依然有Pentium3的影子存在。賣(mài)舊式架構(gòu)產(chǎn)品,對(duì)Intel來(lái)說(shuō),其實(shí)不無(wú)小補(bǔ),因?yàn)榕f架構(gòu)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)久驗(yàn)證,不需重新設(shè)計(jì),且在生產(chǎn)上的成本非常低,制程提升還可以進(jìn)一步拉抬芯片產(chǎn)量。但不止Intel有舊架構(gòu)產(chǎn)品,AMD其實(shí)也運(yùn)用同樣的手法來(lái)經(jīng)營(yíng)其AthlonXP處理器,只是Intel決心要讓對(duì)手難以追趕,因此規(guī)劃了一系列以移動(dòng)產(chǎn)品應(yīng)用為主的嵌入式處理器。
Intel過(guò)去在x86產(chǎn)品規(guī)劃上,其實(shí)幾乎從未接觸過(guò)移動(dòng)通信應(yīng)用,即便是雷聲大雨點(diǎn)小的UMPC產(chǎn)品,也都不含移動(dòng)通信功能,在這里我們指的是諸如3G、3.5G的通信能力。而當(dāng)Intel主推的WiMAX正式被納入3G標(biāo)準(zhǔn)之一時(shí),也讓Intel重新考慮該公司的移動(dòng)應(yīng)用產(chǎn)品。在最近的技術(shù)展示中,即便是最接近手機(jī)設(shè)計(jì)的MID(Mobile Intel Device)裝置,也都僅定位于移動(dòng)上網(wǎng)工具,而非移動(dòng)通信系統(tǒng)。
但是根據(jù)Intel的最新規(guī)劃,MID 平臺(tái)已經(jīng)從單純的移動(dòng)上網(wǎng),轉(zhuǎn)而將跨進(jìn)現(xiàn)有的BlackBerry (黑莓)及 i-Phone 的相同市場(chǎng),前者擁有強(qiáng)大的網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)通信能力,而i-Phone 則是擁有強(qiáng)大的多媒體能力。但是Intel的MID平臺(tái)基本上是一部微型x86計(jì)算機(jī)系統(tǒng),功能可以達(dá)到相當(dāng)全面的地步,且具備了ARM、MIPS等處理器架構(gòu)難以滿足的x86軟件兼容資源,導(dǎo)入移動(dòng)通信只不過(guò)是在目前的硬件規(guī)劃基礎(chǔ)上,進(jìn)行軟件模塊的增加而已。傳統(tǒng)移動(dòng)通信產(chǎn)品廠商在相關(guān)軟硬件方面投入的資本非常龐大,是否采用Intel架構(gòu)還有待觀察。當(dāng)然,如果Nokia與Motorola也投入此一架構(gòu),在推廣上將如虎添翼。
Intel針對(duì)移動(dòng)應(yīng)用的最新處理器為Stealey,目前該產(chǎn)品線有兩款產(chǎn)品,分別是600MHz的A100與800MHz的A110。理論上來(lái)說(shuō),Stealey 只不過(guò)是Centrino體系中祖父級(jí)Dothan(都是基于Pentium3的架構(gòu))處理器的超級(jí)精簡(jiǎn)兼時(shí)鐘降低版,主要得益于90納米制程,架構(gòu)技術(shù)上并無(wú)太多特點(diǎn),而下一代的Silverthorne則是直接將此Stealey轉(zhuǎn)以45納米制程,并在架構(gòu)上加入64位處理能力,算是比較有誠(chéng)意的產(chǎn)品。
但是目前來(lái)看,Intel的移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)其實(shí)表現(xiàn)并不出色,過(guò)高的功耗與溫度仍然是其應(yīng)用在移動(dòng)終端上的隱憂,Silverthorne必須針對(duì)此兩點(diǎn)進(jìn)行變革,否則要應(yīng)用在MID產(chǎn)品上,只怕又會(huì)繼UMPC之后,成為業(yè)界另一個(gè)叫好不叫座案例。
CISC家族之VIA
目前仍存活的x86處理器廠商,除了身為世界第一大半導(dǎo)體廠的Intel以外,其余兩家都活得相當(dāng)辛苦,尤其以臺(tái)灣的VIA(威盛)為最。該公司在處理器產(chǎn)品線的經(jīng)營(yíng)上,向來(lái)遭受大廠的打壓,
VIA過(guò)去所推出的一系列低功耗處理器,雖然效能偏低,但是其功耗控制能力非常優(yōu)秀,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)Intel以及AMD這兩家CPU大廠,如今世界潮流逐漸從效能取向走往綠色環(huán)保取向,VIA終于是媳婦熬成婆,除了在一般低價(jià)PC中獲得滿堂彩以外,在UMPC以及嵌入式系統(tǒng)方面,也都能提供相當(dāng)優(yōu)秀的解決方案。
VIA 的主流產(chǎn)品線為C7-M處理器,該款處理器共分兩個(gè)型號(hào)——普通版本及Ultra Low Voltage版本。C7-M普通版本型號(hào)擁有1.5GHz/400MHz FSB、1.6GHz/533MHz FSB、1.867GHz/533MHz FSB及最高速度的2GHz/533MHz FSB,電壓由1.004V至1.148V,最高功耗由12W至20W,在P-State模式下電壓會(huì)下調(diào)至0.844V,而功耗則只有5W。
Ultra Low Voltage版本的C7-M處理器,擁有1GHz/400MHz FSB、1.2GHz/400MHz FSB及1.5GHz/400MHz FSB。ULV版本工作電壓只需要0.908V至0.956V,最高功耗由5W至7W左右。而ULV之中還會(huì)有一個(gè)Super ULV的C7-M 1GHz,型號(hào)為C7-M ULV 779,工作電壓可低至0.796V,最高功耗僅有3.5W。由于這些特點(diǎn),使其在低價(jià)計(jì)算機(jī)、嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域中,成為不能忽視的第三勢(shì)力。
CISC家族之AMD
AMD是在主流市場(chǎng)上,唯一能與Inte抗衡的x86處理器廠商,然而在購(gòu)并ATI之后,其表現(xiàn)只能算差強(qiáng)人意,以目前所規(guī)劃的主流產(chǎn)品線而言(包含CPU與GPU),其實(shí)都是處于挨打的狀態(tài)。畢竟AMD具有業(yè)界最佳的技術(shù)均衡性,既有先進(jìn)的處理器技術(shù),又是GPU技術(shù)第二領(lǐng)導(dǎo)者,兼以效能表現(xiàn)相當(dāng)優(yōu)秀的主機(jī)板芯片產(chǎn)品,以及自有的晶圓廠,雖不及Intel霸氣,仍然占有很大市場(chǎng)份額。
在嵌入式應(yīng)用方面,過(guò)去AMD曾向MIPS授權(quán)其IP,開(kāi)發(fā)出Alchemy產(chǎn)品線,算是直接向Intel過(guò)去的ARM架構(gòu)Xscale直接叫陣的一款產(chǎn)品,然而此產(chǎn)品并未擄獲市場(chǎng)眼光,在應(yīng)用上一向偏弱勢(shì),后來(lái)AMD也將之?dāng)[脫,開(kāi)始利用自己的x86處理器來(lái)經(jīng)營(yíng)嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域。
AMD在嵌入式x86處理器方面的產(chǎn)品線為Geode,基本上這是一款整合度相當(dāng)高的SoC產(chǎn)品,但是速度偏低,效能表現(xiàn)不佳,功能也未能比VIA的產(chǎn)品出色,定位相當(dāng)尷尬。針對(duì)移動(dòng)平臺(tái)開(kāi)發(fā)的x86處理核心,代號(hào)為“Botcat”,不過(guò)目前信息還不完備,因此只能從時(shí)間點(diǎn)推論,該處理器將有可能使用簡(jiǎn)化降頻版的K8核心,但推出時(shí)間在今年,明顯比對(duì)手晚了許多,若要整合K10核心,可能就要等到2009年 之后。
不過(guò)AMD購(gòu)并ATI之后,得以將Fusion的概念帶給消費(fèi)者,F(xiàn)usion算是身兼AMD與ATI二者之長(zhǎng),具備了先進(jìn)的處理器核心、高效能的繪圖核心,以及I/O控制能力,從低功耗的嵌入式應(yīng)用,到高功耗的效能級(jí)產(chǎn)品,都是Fusion產(chǎn)品的守備范圍,但Fusion最早要到2009年才會(huì)進(jìn)入市場(chǎng)。
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