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          嵌入式設(shè)計(jì)30年,聚焦匯聚式處理器應(yīng)用

          作者:ADI公司 時(shí)間:2010-01-28 來(lái)源:電子產(chǎn)品世界 收藏

            如果將上世紀(jì)70年代末單片機(jī)的出現(xiàn)作為嵌入式系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的起點(diǎn)的話,其發(fā)展歷程幾乎與中國(guó)社會(huì)改革開(kāi)放同步,已經(jīng)走過(guò)30年的歷程。與Windows操作系統(tǒng)和Intel處理器占?jí)艛嗟匚坏挠?jì)算機(jī)平臺(tái)不同的是,嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出百家爭(zhēng)鳴的態(tài)勢(shì),設(shè)計(jì)工程師可以針對(duì)其目標(biāo)要求選擇多種不同的硬件平臺(tái)方案和操作系統(tǒng)軟件。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/105650.htm

            從來(lái)看,從最初的4位處理器,目前仍在大規(guī)模應(yīng)用的8位單片機(jī),到日益受到廣泛青睞的32位MCU,以及更高性能的64位,目前具有嵌入式功能特點(diǎn)的處理器已經(jīng)逾千種,數(shù)十種常用的體系架構(gòu)。廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景吸引了大量的半導(dǎo)體公司參與競(jìng)爭(zhēng),其中從ASIC、MCU、DSP到FPGA以及因?yàn)榻Y(jié)合了MCU和DSP優(yōu)勢(shì)而近年來(lái)異軍突起的匯聚式處理器,處理器速度越來(lái)越快、性能越來(lái)越強(qiáng),而功耗和價(jià)格卻越來(lái)越低。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,的性能日新月異,已經(jīng)廣泛應(yīng)用到從國(guó)防、工業(yè)、汽車到醫(yī)療設(shè)備和消費(fèi)電子等幾乎所有的行業(yè)和領(lǐng)域。

            匯聚式處理器解決嵌入式設(shè)計(jì)技術(shù)挑戰(zhàn)

            盡管嵌入式設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展,在核心處理器硬件平臺(tái)、嵌入式操作系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)工具上已經(jīng)有廣泛的選擇,然而隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇、系統(tǒng)日益復(fù)雜化,目標(biāo)應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)的功能、性能、成本的要求也日趨苛刻。工程師所面臨的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)似乎并沒(méi)有隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展降低,甚至日益增高,工程師在進(jìn)行方案選擇時(shí)必須正確評(píng)估應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)。

            處理能力要求越來(lái)越高。系統(tǒng)本身的復(fù)雜功能、友好的界面設(shè)計(jì)要求、各種接口和通信需求都需要占用大量的MIPS處理能力,單一的傳統(tǒng)MCU或ASIC很多時(shí)候都難以滿足系統(tǒng)高處理能力的需求,雙芯片甚至三芯片解決方案日益增多,但隨之而來(lái)的高設(shè)計(jì)復(fù)雜性、功耗和BOM(材料清單)成本讓方案缺乏競(jìng)爭(zhēng)性。此外,當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì),特別是一些新產(chǎn)品和功能復(fù)雜的嵌入式產(chǎn)品設(shè)計(jì),要在設(shè)計(jì)周期很緊的條件下完全從零開(kāi)始實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)已經(jīng)變得不現(xiàn)實(shí),也不具成本效益。因此,是否能提供完善的開(kāi)發(fā)工具套件、必要的軟件模塊、成熟的參考設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)支持,以及是否有完整的設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)等,對(duì)于是否能按期高質(zhì)量地完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。事實(shí)上,并不是所有平臺(tái)方案提供商都能提供這些支持。

            標(biāo)準(zhǔn)的多樣性和不確定性帶來(lái)產(chǎn)品升級(jí)換代的顧慮。當(dāng)前在各個(gè)行業(yè)都面臨一些創(chuàng)新型應(yīng)用,例如智能電表和智能視頻監(jiān)控等,這些應(yīng)用都具有一定開(kāi)創(chuàng)性,目前沒(méi)有或尚未形成行業(yè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),如何在保證搶占市場(chǎng)窗口期的先機(jī),同時(shí)確保當(dāng)前的設(shè)計(jì)滿足未來(lái)變化的市場(chǎng)和技術(shù)需求,必須考慮方案的可擴(kuò)展性和性能裕量。

            低功耗的要求日益苛刻。處理器性能要求越來(lái)越高,而系統(tǒng)功耗要求越來(lái)越低,這幾乎形成一對(duì)矛盾。然而,實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中,工程師不得不面對(duì)這種近乎矛盾的需求。隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)、嵌入式處理器架構(gòu)優(yōu)化以及設(shè)計(jì)技術(shù)的改進(jìn),低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)日新月異,電壓、工作頻率自適應(yīng)調(diào)整技術(shù)、多工作模式的節(jié)能技術(shù)、數(shù)字電源管理技術(shù),以及低功耗的最新半導(dǎo)體工藝技術(shù)應(yīng)用層出不窮。在眾多方案中選擇滿足設(shè)計(jì)功率預(yù)算要求的系統(tǒng)方案也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵因素之一。

            選擇具有廣泛嵌入式系統(tǒng)支持能力的解決方案非常重要。目前可用的嵌入式操作系統(tǒng)眾多,各具優(yōu)勢(shì),硬件平臺(tái)方案對(duì)這些操作系統(tǒng)的支持能力是進(jìn)行方案選型的考慮要點(diǎn)之一。

            以MCU或ASIC為核心器件的硬件平臺(tái)方案在解決上述嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求上正面臨挑戰(zhàn),有限的處理能力通常難以滿足很多應(yīng)用的高處理能力需求,或者缺乏進(jìn)行功能擴(kuò)展和產(chǎn)品升級(jí)換代的設(shè)計(jì)靈活性,某些設(shè)計(jì)為了滿足系統(tǒng)的處理能力要求而增加DSP或協(xié)處理器,從而增加系統(tǒng)的復(fù)雜性、功耗和成本。

            結(jié)合MCU和DSP性能優(yōu)勢(shì)的匯聚式處理器有效解決了上述設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),而處理器是目前市面上唯一的匯聚式處理器產(chǎn)品。公司基于由和Intel公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的微信號(hào)架構(gòu)(MSA),它將一個(gè)32位RISC型指令集和雙16位乘法累加(MAC)信號(hào)處理功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在一起。該架構(gòu)很適合于全信號(hào)處理/分析能力,同時(shí)還可在單內(nèi)核器件或雙內(nèi)核器件上提供高效RISC MCU控制任務(wù)執(zhí)行能力。這種匯聚架構(gòu)非常符合當(dāng)前大多數(shù)系統(tǒng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、各種算法的實(shí)現(xiàn)、通信功能的軟件實(shí)現(xiàn)以及對(duì)各種系統(tǒng)控制功能的支持。


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