8位、32位處理器的動向

　　在嵌入式處理器中，8位和32位可以說是嵌入式的生力軍，前者市場最為龐大，后者崛起速度最為迅速。嵌入式的發(fā)展有何新的動向？近日，世界8位、32位處理器/IP銷量最大的廠商—Microchip和ARM分別接受了本刊的專訪。

8位：開拓更多的應(yīng)用

　　近年來，8位單片機(MCU)的性能在不斷拓展，現(xiàn)場可編程，成本不斷下降，I/O、指令更完備，開發(fā)工具方便、廉價，部分模擬和數(shù)字功能加入其中，超低功耗......。

　　8位MCU的功能不斷拓展，其驅(qū)動力是應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大。Microchip的安防、單片機及技術(shù)開發(fā)部副總裁Steve Drehobl列舉了8位MCU的一些新的有趣應(yīng)用。

　　MCU開關(guān)不是機械的集成，它好像觸摸屏或按鍵式開關(guān)。過去的機械開關(guān)是旋鈕式，而MCU里的開關(guān)采用數(shù)字式(筆者推測是由處理器芯核外的模擬電路來實現(xiàn)的，原理如模擬IC中的可調(diào)增益，利用可選電阻排編程來實現(xiàn))。例如洗衣機過去調(diào)整功能、轉(zhuǎn)速要用旋鈕，現(xiàn)用按鍵即可。機械電子的好處是可以降低成本，提高開關(guān)功能。

　　典型的例子是壓縮機關(guān)閉延時(圖1)。盡管Microchip的PIC10F MCU比開關(guān)貴一些(多10美分)，但應(yīng)用方面確實帶來了好處。傳統(tǒng)的機械定時延遲開關(guān)裝在壓縮機內(nèi)。PIC10F可以完全代替這種開關(guān)，并且還是小型智能單片機。壓縮機的測試需要很長時間，有了這種MCU，可對壓縮機的供電條件進(jìn)行預(yù)設(shè)，模擬時幫助節(jié)省很多時間，且非常準(zhǔn)確。

　　如果把整個ASIC設(shè)計改變或修訂的話，成本相當(dāng)于5萬美元，因此很多設(shè)計師寧可不搞這種大規(guī)模的修復(fù)，而使用“電子膠”——MCU(圖2)。MCU可以把這些功能預(yù)先設(shè)計進(jìn)來，就象給產(chǎn)品上了保險一樣，任何變化都可以讓設(shè)計師隨時調(diào)整。

　　因此，在設(shè)計PC板等電路板時往往會預(yù)留空間，把可能會出現(xiàn)問題或系統(tǒng)需要升級的地點事先安排好，一旦出現(xiàn)故障，馬上用備用的器件進(jìn)行修理；或者一旦市場上需要新的功能，馬上就可升級。這正符合美國的一句俚語：像撒胡椒面一樣，先撒上。

　　因此，電子膠可用于ASIC、電路板、器件的修復(fù)、功能升級、后期變更和其他針對產(chǎn)品快速量產(chǎn)需要的補充件。

　　MCU的特點是量體裁衣，但隨著MCU的應(yīng)用層出不窮，量體裁衣越來越困難了。因為現(xiàn)在應(yīng)用太多了，而且人們的想法層出不窮，廠家新型號與性能很難趕上。因此MCU公司如Microchip采用MCU的核心技術(shù)，集成部分外圍及可編程內(nèi)存，開發(fā)出系列小巧靈活的產(chǎn)品?！霸诋a(chǎn)品交貨上我們不做任何工作，讓我們的用戶充分發(fā)揮創(chuàng)造力與想象力來開發(fā)出他們所需要的應(yīng)用。” Drehobl總結(jié)道。

32位與操作系統(tǒng)

　　6月初，ARM舉辦了“嵌入式Linux 2004 開發(fā)者大會”。會議期間，ARM中國業(yè)務(wù)總裁譚軍博士向我們介紹了32位處理器及其操作系統(tǒng)(OS)的狀況。由此深深感到：完成一個好的設(shè)計，操作系統(tǒng)與處理器同樣重要，還要有平臺開發(fā)概念。

　　在32位領(lǐng)域靠IP(知識產(chǎn)權(quán))打遍天下的ARM公司，其處理器核的特點是低功耗、高性能和低成本。但這也離不開操作系統(tǒng)等第三方合作伙伴的緊密配合。此次是ARM進(jìn)入中國兩年多來第一次以嵌入式Linux為主題的研討會。此前ARM也曾攜手mC/OS做研討會。這次之所以選擇Linux，是因為嵌入式Linux是個群眾團體，同樣有很大的發(fā)展?jié)摿?。ARM希望通過這次大會，幫助第三方在ARM芯片上做Linux的開發(fā)、創(chuàng)業(yè)和增值。

　　為了推廣基于ARM的操作系統(tǒng)，ARM還宣布了一個對中國用戶來說的好消息：把許多資源貢獻(xiàn)了出來，供廣大用戶免費下載，使ARM對kernel(內(nèi)核)的裁減、優(yōu)化成果及時與用戶共享。

嵌入式OS所要做的

　　不同于臺式機與服務(wù)器領(lǐng)域，嵌入式操作系統(tǒng)有很多種，這是由嵌入式的應(yīng)用多姿多彩決定的，例如MP3、多媒體播放、工控、洗衣機、微波爐?？梢娗度胧绞莻€很新的市場，也是一個分得很細(xì)的市場，因此沒有一家公司的操作系統(tǒng)可以壟斷這個市場。

　　嵌入式對操作系統(tǒng)有了很多新要求，因為在臺式電腦中Linux無所謂大小，功耗也不是問題，性能也不是問題。但在嵌入式里，若用5V電池跑臺式Linux實現(xiàn)PDA，僅CPU就已不夠用了，怎么能降低功耗？ARM kernel運行起來時，即可聽音樂，又可低功耗，還要帶外設(shè)，如何對kernel優(yōu)化呢？這是ARM正在做的，過幾年要對kernel進(jìn)行裁減，將來在開發(fā)中實現(xiàn)嵌入式優(yōu)勢。

　　Linux是免費的，如何在開發(fā)中賺錢？這是全球公司都在探討的問題，也是MontaVista、 LinuxWorks等在考慮的問題。譚軍認(rèn)為，嵌入式Linux不外乎滿足客戶的這些需求：1，集成，要把系統(tǒng)做得很小，集成要靠硬件工具；2，軟件，要有操作系統(tǒng)和應(yīng)用，例如MP3，MPEG4、WAPI等；3，系統(tǒng)實現(xiàn)什么功能，是demo(樣品演示)還是產(chǎn)品？很多Linux產(chǎn)品至今還停留在實驗室，原因是開發(fā)者設(shè)計時不是從系統(tǒng)角度出發(fā)，而是從技術(shù)角度出發(fā)。可見不能僅停留在技術(shù)層面，而應(yīng)滿足客戶的需求。

　　中國有大量的開發(fā)人員，在開發(fā)嵌入式產(chǎn)品方面蘊涵著無限商機。不同于臺式電腦開發(fā)，例如x86 CPU，通過開發(fā)環(huán)境就可實現(xiàn)編程的功能—微軟、Intel的軟件、母板里都做好了各類控制。因此在臺式電腦中該做的都做完了，沒有什么商機了。

　　嵌入式系統(tǒng)不同，你拿到芯片后啟動都啟動不起來。臺式電腦按啟動后，當(dāng)你看到Windows時，里面已有十多個嵌入式軟件啟動起來了。嵌入式開發(fā)商要做的工作是拿這個芯片怎么實現(xiàn)引導(dǎo)功能，這個挑戰(zhàn)很大，從傳統(tǒng)的C++開發(fā)到嵌入式開發(fā)，是很大的挑戰(zhàn)，要寫引導(dǎo)和驅(qū)動。正因為挑戰(zhàn)才有商機，才能有進(jìn)步和跳躍。

OS開發(fā)思路

　　可見嵌入式是今后幾年工程師的課題。因為現(xiàn)在流行的電子產(chǎn)品多是嵌入式：智能家電、手機，未來的高清晰電視......。這些不是微軟能做的。

　　開發(fā)時是否一定要硬件環(huán)境來支持？的確需要硬件環(huán)境，同時要有平臺概念。你想做的是個系統(tǒng)，而不是一個CPU，這時想到要做個板子。對于Linux，如何把kernel裁減，然后把BSP寫進(jìn)來，這是新的挑戰(zhàn)，一定要打破傳統(tǒng)的你一開機、Windows就已經(jīng)給你提供所有環(huán)境的觀念。

移動產(chǎn)品的開發(fā)

　　目前手機上的移動開發(fā)成為熱點。智能手機就是臺電腦，有操作系統(tǒng)和應(yīng)用。應(yīng)用很可能是與臺式電腦一樣，不同之處是沒有現(xiàn)成的開發(fā)環(huán)境。如果我們用Palm，就用Palm開發(fā)環(huán)境；微軟用微軟的；Linux用Linux的。

　　不過，移動是未來商機很大的平臺。如果你現(xiàn)在的手機是黑白的，就相當(dāng)于10年前的486電腦，如果你用的是Smart Phone(智能手機)，就相當(dāng)于5年前用的奔1、奔2電腦。摩爾定律預(yù)示著今后三、四年里，手機性能將相當(dāng)于前兩年的筆記本電腦一樣；今后6、7年，手機很可能像今天的筆記本電腦！那時的手機開發(fā)不是今天意義上的手機開發(fā)了，那時將需要開發(fā)很多功能，不僅是打電話，還能玩三維游戲，用GPS，以及實現(xiàn)很多辦公室才能完成的事情。那時Linux等OS將會有很大的開發(fā)前景。因此，微軟6月與聯(lián)通簽約，盡管聯(lián)通運營不是電腦廠商，但在聯(lián)通的手機中微軟要把其OS放到里面去。

　　手機是新的平臺，這個平臺數(shù)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過臺式電腦的數(shù)量。有分析表明，帶數(shù)碼相機的手機的銷量已超過純粹的數(shù)碼相機的銷量。因此可以預(yù)言，智能手機的銷量會超過臺式電腦的銷量。正因為如此，各廠商都在搶占這一市場。Intel近幾個月改變了口號，由過去的Intel Inside，改成現(xiàn)在的Intel Everywhere。Inside是呆在家里，Intel想要其芯片在無處不在的便攜式產(chǎn)品上應(yīng)用。

Linux如何發(fā)展?

　　Linux在國外很熱，但在中國有個不容樂觀的現(xiàn)實：對其關(guān)注的人倒很多，真正了解Linux的人很少，在Linux上成功的人更不多。因為Linux的業(yè)務(wù)模型是免費的，這樣你做得再好，也要免費給人家，供應(yīng)商不能靠銷售賺錢，只能通過服務(wù)盈利。

　　但由于嵌入式世界的特殊性，確實可通過增值服務(wù)獲取利潤。例如，做MP3、機頂盒，若用Linux，不是下載后就能運行起來的，用供應(yīng)商的Linux可以幫助客戶裁減內(nèi)存。因此，在嵌入式里也許Linux是一個新的商機。

　　對于“一次編程，處處可運行”的Java，在臺式電腦中用得不多，在嵌入式里也不多。究其原因，Java編程不錯，但每次運行的速度慢，嵌入式業(yè)界不能忍受的是若用Java虛擬機，所耗的內(nèi)存會更較高，在嵌入式里用的內(nèi)存通常是Flash(閃存)，F(xiàn)lash費用高。ARM為此在芯片中加入了Java指令集，將來下載Java時直接在指令集上運行。將來在手機中跑Java的速度是普通機的8倍以上；但功耗卻沒有很大區(qū)別。今年下半年，高通、TI、Motorola的芯片中就會有這樣的CPU了。

　　但是，有些基于ARM的CPU不能用Linux，例如Oki的ARM基處理器，需要用OKi開發(fā)的平臺。因為Linux需要虛擬內(nèi)存和MMU。Oki等公司采用的是非Linux CPU核。即使這樣，在一些簡單CPU中還是可以用mCLinux。mCLinux是裁減過的Linux，把虛擬內(nèi)存的需求關(guān)掉了。

　　當(dāng)然，Linux與mC/OS也有競爭，ARM對二者都支持。二者的區(qū)別是mC/OS 是商業(yè)操作系統(tǒng)，Linux是免費操作系統(tǒng)。

嵌入式處理器/核的特點

　　32位處理器與Intel CPU不同，不會新一代出來，老的就被淘汰了。ARM核有的是低功耗，有的為高性能，新核的出現(xiàn)是為了滿足新的應(yīng)用需求，例如手機。

　　ARM認(rèn)為，對于嵌入式處理器，速度不是主要的問題，而功耗特別重要，用ARM核做的處理器速度沒有上限，你可做得很快，問題是5V電池供電，還要考慮安全性，重量等?？梢?，手機等便攜式產(chǎn)品在小空間里要實現(xiàn)奔2的性能，如何解決噪音、功耗等是非常大的挑戰(zhàn)。

軟核還是硬核？

　　ARM軟核和硬核都有，根據(jù)客戶的需要提供。軟核是給RTL源代碼，由用戶去硬化，然后變成光刻的數(shù)據(jù)；硬核是做好的芯核給用戶，用戶直接用就行了。

　　業(yè)界對軟硬的偏愛是“三十年河?xùn)|、三十年河西”。90年代初期普遍喜歡硬核；90年代末期喜歡軟核，因為軟核易于綜合，可到處去生產(chǎn)?，F(xiàn)在到了0.13mm、90nm工藝以后，軟核又不現(xiàn)實了，這是由于軟核理論上能達(dá)到的性能，硬化后達(dá)不到了，因為軟核會出現(xiàn)噪音、信號延時、失真等問題，業(yè)界反過來需要硬核了。

　　中國客戶對軟核和硬核的需求也是不盡相同。國內(nèi)客戶普遍需要上市速度快，不希望自己做硬化，還可降低費用，往往采用硬核形式。華虹等做智能卡的公司，從安全角度考慮，要重心合成電路，這樣別人就不知道你的電路了，因此采用軟核。

4、16位市場談得少

　　嵌入式里談4、16位較少。因為4位用于門鈴等簡單的應(yīng)用，其市場已停止增長了。

　　業(yè)界一般認(rèn)為16位是8、32位的過渡階段，除了汽車電子等市場外，其他地方可被8、32位替代。盡管有些工程師認(rèn)為16位容易編程，但Microchip認(rèn)為16位指令集很復(fù)雜，編程工具也較復(fù)雜，相對來說8位是最簡單的。ARM則認(rèn)為16位處于8與32位之間，在尋址、CPU設(shè)置方面不如32位，費用方面比32位便宜不了多少。 ■