嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)及架構(gòu)詳解

Tensilica 公司的主力產(chǎn)品線為Xtensa，該產(chǎn)品可讓系統(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)出比其它傳統(tǒng)方式強(qiáng)大數(shù)倍的處理器核心。Xtensa 生產(chǎn)器可以針對每一個(gè)處理器的特殊組合，自動有效地產(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)特色是有一套專門為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、精簡且效能表現(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，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以以此縮減程序代碼的長度，從而提高指令的密集度并降低功耗。相對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)、零開銷循環(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)。

6、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)劃移動應(yīng)用產(chǎn)品，X86進(jìn)入到消費(fèi)性電子嵌入式市場就不再只是傳言。當(dāng)然，X86處理器普遍都還是有功耗過高，且芯片數(shù)量龐大的缺點(diǎn)，不適合應(yīng)用在要求精簡省電的嵌入式架構(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相對失敗之作，但Pentium3依舊是市場的最愛，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。賣舊式架構(gòu)產(chǎn)品，對Intel來說，其實(shí)不無小補(bǔ)，由于舊架構(gòu)經(jīng)過長久驗(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)用同樣的手法來經(jīng)營其AthlonXP處理器，但是Intel決心要讓對手難以追趕，因此規(guī)劃了一系列以移動產(chǎn)品應(yīng)用為主的嵌入式處理器。 Intel過去在X86產(chǎn)品規(guī)劃上，其實(shí)幾乎從未接觸過移動通訊應(yīng)用，即便是雷聲大雨點(diǎn)小的UMPC產(chǎn)品，也都不含移動通訊功能，在這邊我們指的是諸如3G、3.5G的通訊能力，而當(dāng)Intel主推的WiMAX正式被納入3G標(biāo)準(zhǔn)之一，也讓Intel重新考慮該公司的移動應(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，也都僅定位于移動上網(wǎng)工具，而非行動通訊系統(tǒng)。 但是根據(jù)Intel的最新規(guī)劃，MID 平臺已經(jīng)從單純的行動上網(wǎng)，轉(zhuǎn)而將會跨進(jìn)現(xiàn)有的BlackBerry （黑莓）及 I-Phone 的相同市場，前者擁有強(qiáng)大的網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)通訊能力，而 I-Phone 則是擁有強(qiáng)大的多媒體能力，但是Intel的MID平臺基本上是一部微型X86計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在功能性可以達(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)入移動通訊只不過是在目前的硬件規(guī)劃基礎(chǔ)上，進(jìn)行軟件模塊的增加而已。傳統(tǒng)移動通訊產(chǎn)品廠商在相關(guān)軟硬件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，如果像Nokia與Motorola也投入此一架構(gòu)，在推廣上也將會如虎添翼。 Intel針對移動應(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，理論上來說，Stealey 只不過是Centrino體系中祖父級Dothan（都是基于Pentium3的架構(gòu)）處理器的超級精簡兼時(shí)鐘降低版，主要是得利于90納米制程，架構(gòu)技術(shù)上并無太多特點(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，算是真正比較有誠意的產(chǎn)品。 但是以目前來看，Intel的移動應(yīng)用平臺其實(shí)表現(xiàn)并不出色，過高的功耗與溫度仍然是應(yīng)用在移動終端上的隱憂，Silverthorne是必要針對此兩點(diǎn)進(jìn)行變革，否則要應(yīng)用在MID產(chǎn)品上，只怕又會繼UMPC之后，成為業(yè)界另一個(gè)叫好不叫座案例。

7、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，其余兩家都活的相當(dāng)辛苦，尤其以臺灣的VIA（威盛）為最，該公司在處理器產(chǎn)品線的經(jīng)營上，向來遭受大廠的打壓， VIA 過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終于也是媳婦熬成婆，除了在一般低價(jià)PC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——普通版本及Ultra Low Voltage版本，C7-M普通版本型號擁有 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之中還會有一個(gè)Super ULV的C7-M 1GHz，型號為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力。

8、CISC家族之AMD

AMD 是在主流市場上，唯一能與Inte抗衡的X86處理器廠商，然而在購并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，仍然占有很大市場份額。 在嵌入式應(yīng)用方面，其實(shí)過去AMD有向MIPS 授權(quán)其IP，開發(fā)出Alchemy產(chǎn)品線，算是直接向Intel過去的ARM架構(gòu)Xscale直接叫陣的一款產(chǎn)品，然而此產(chǎn)品并未擄獲市場眼光，在應(yīng)用上一向偏弱勢，后來AMD也將之?dāng)[脫，開始利用自己的X86處理器來經(jīng)營嵌入式應(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。針對移動平臺開發(fā)的X86處理核心，代號為“Botcat”，不過目前信息還不完備，因此只能從時(shí)間點(diǎn)推論，該處理器將有可能使用簡化降頻版的K8核心，但推出時(shí)間在今年，明顯比對手晚了許多，若要整合K10核心，可能就要等到2009年 之后。 不過AMD購并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，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，到高功耗的效能級產(chǎn)品，都是Fusion的產(chǎn)品守備范圍內(nèi)，但Fusion最早要到2009年才會進(jìn)入市場。