8位、32位處理器的動(dòng)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(chǎng)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(dòng)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(jī)(MCU)的性能在不斷拓展，現(xiàn)場(chǎng)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(jià)，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(dòng)力是應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大。Microchip的安防、單片機(jī)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(jī)械的集成，它好像觸摸屏或按鍵式開關(guān)。過去的機(jī)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(cè)是由處理器芯核外的模擬電路來實(shí)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(shí)現(xiàn))。例如洗衣機(jī)過去調(diào)整功能、轉(zhuǎn)速要用旋鈕，現(xiàn)用按鍵即可。機(jī)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(jī)關(guān)閉延時(shí)(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(shí)帶來了好處。傳統(tǒng)的機(jī)械定時(shí)延遲開關(guān)裝在壓縮機(jī)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(jī)。壓縮機(jī)的測(cè)試需要很長(zhǎng)時(shí)間，有了這種MCU，可對(duì)壓縮機(jī)的供電條件進(jìn)行預(yù)設(shè)，模擬時(shí)幫助節(jié)省很多時(shí)間，且非常準(zhǔn)確。

　　如果把整個(gè)ASIC設(shè)計(jì)改變或修訂的話，成本相當(dāng)于5萬美元，因此很多設(shè)計(jì)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(jì)進(jìn)來，就象給產(chǎn)品上了保險(xiǎn)一樣，任何變化都可以讓設(shè)計(jì)師隨時(shí)調(diào)整。

　　因此，在設(shè)計(jì)PC板等電路板時(shí)往往會(huì)預(yù)留空間，把可能會(huì)出現(xiàn)問題或系統(tǒng)需要升級(jí)的地點(diǎn)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(chǎng)上需要新的功能，馬上就可升級(jí)。這正符合美國(guó)的一句俚語(yǔ)：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(jí)、后期變更和其他針對(duì)產(chǎn)品快速量產(chǎn)需要的補(bǔ)充件。

　　MCU的特點(diǎn)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?yàn)楝F(xiàn)在應(yīng)用太多了，而且人們的想法層出不窮，廠家新型號(hào)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(huì)”。會(huì)議期間，ARM中國(guó)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(gè)好的設(shè)計(jì)，操作系統(tǒng)與處理器同樣重要，還要有平臺(tái)開發(fā)概念。

　　在32位領(lǐng)域靠IP(知識(shí)產(chǎn)權(quán))打遍天下的ARM公司，其處理器核的特點(diǎn)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(guó)兩年多來第一次以嵌入式Linux為主題的研討會(huì)。此前ARM也曾攜手mC/OS做研討會(huì)。這次之所以選擇Linux，是因?yàn)榍度胧絃inux是個(gè)群眾團(tuán)體，同樣有很大的發(fā)展?jié)摿?。ARM希望通過這次大會(huì)，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(gè)對(duì)中國(guó)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(fèi)下載，使ARM對(duì)kernel(內(nèi)核)的裁減、優(yōu)化成果及時(shí)與用戶共享。

嵌入式OS所要做的

　　不同于臺(tái)式機(jī)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(jī)、微波爐?？梢娗度胧绞莻€(gè)很新的市場(chǎng)，也是一個(gè)分得很細(xì)的市場(chǎng)，因此沒有一家公司的操作系統(tǒng)可以壟斷這個(gè)市場(chǎng)。

　　嵌入式對(duì)操作系統(tǒng)有了很多新要求，因?yàn)樵谂_(tái)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(tái)式Linux實(shí)現(xiàn)PDA，僅CPU就已不夠用了，怎么能降低功耗？ARM kernel運(yùn)行起來時(shí)，即可聽音樂，又可低功耗，還要帶外設(shè)，如何對(duì)kernel優(yōu)化呢？這是ARM正在做的，過幾年要對(duì)kernel進(jìn)行裁減，將來在開發(fā)中實(shí)現(xiàn)嵌入式優(yōu)勢(shì)。

　　Linux是免費(fèi)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(shí)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(shí)驗(yàn)室，原因是開發(fā)者設(shè)計(jì)時(shí)不是從系統(tǒng)角度出發(fā)，而是從技術(shù)角度出發(fā)?？梢姴荒軆H停留在技術(shù)層面，而應(yīng)滿足客戶的需求。

　　中國(guó)有大量的開發(fā)人員，在開發(fā)嵌入式產(chǎn)品方面蘊(yùn)涵著無限商機(jī)。不同于臺(tái)式電腦開發(fā)，例如x86 CPU，通過開發(fā)環(huán)境就可實(shí)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(tái)式電腦中該做的都做完了，沒有什么商機(jī)了。

　　嵌入式系統(tǒng)不同，你拿到芯片后啟動(dòng)都啟動(dòng)不起來。臺(tái)式電腦按啟動(dòng)后，當(dāng)你看到Windows時(shí)，里面已有十多個(gè)嵌入式軟件啟動(dòng)起來了。嵌入式開發(fā)商要做的工作是拿這個(gè)芯片怎么實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)功能，這個(gè)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(dòng)。正因?yàn)樘魬?zhàn)才有商機(jī)，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?yàn)楝F(xiàn)在流行的電子產(chǎn)品多是嵌入式：智能家電、手機(jī)，未來的高清晰電視......。這些不是微軟能做的。

　　開發(fā)時(shí)是否一定要硬件環(huán)境來支持？的確需要硬件環(huán)境，同時(shí)要有平臺(tái)概念。你想做的是個(gè)系統(tǒng)，而不是一個(gè)CPU，這時(shí)想到要做個(gè)板子。對(duì)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(jī)、Windows就已經(jīng)給你提供所有環(huán)境的觀念。

移動(dòng)產(chǎn)品的開發(fā)

　　目前手機(jī)上的移動(dòng)開發(fā)成為熱點(diǎn)。智能手機(jī)就是臺(tái)電腦，有操作系統(tǒng)和應(yīng)用。應(yīng)用很可能是與臺(tái)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(dòng)是未來商機(jī)很大的平臺(tái)。如果你現(xiàn)在的手機(jī)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(jī))，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(jī)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(jī)很可能像今天的筆記本電腦！那時(shí)的手機(jī)開發(fā)不是今天意義上的手機(jī)開發(fā)了，那時(shí)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(shí)現(xiàn)很多辦公室才能完成的事情。那時(shí)Linux等OS將會(huì)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(yùn)營(yíng)不是電腦廠商，但在聯(lián)通的手機(jī)中微軟要把其OS放到里面去。

　　手機(jī)是新的平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)數(shù)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過臺(tái)式電腦的數(shù)量。有分析表明，帶數(shù)碼相機(jī)的手機(jī)的銷量已超過純粹的數(shù)碼相機(jī)的銷量。因此可以預(yù)言，智能手機(jī)的銷量會(huì)超過臺(tái)式電腦的銷量。正因?yàn)槿绱?，各廠商都在搶占這一市場(chǎng)。Intel近幾個(gè)月改變了口號(hào)，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(guó)外很熱，但在中國(guó)有個(gè)不容樂觀的現(xiàn)實(shí)：對(duì)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?yàn)長(zhǎng)inux的業(yè)務(wù)模型是免費(fèi)的，這樣你做得再好，也要免費(fèi)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(shí)可通過增值服務(wù)獲取利潤(rùn)。例如，做MP3、機(jī)頂盒，若用Linux，不是下載后就能運(yùn)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(gè)新的商機(jī)。

　　對(duì)于“一次編程，處處可運(yùn)行”的Java，在臺(tái)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(cuò)，但每次運(yùn)行的速度慢，嵌入式業(yè)界不能忍受的是若用Java虛擬機(jī)，所耗的內(nèi)存會(huì)更較高，在嵌入式里用的內(nèi)存通常是Flash(閃存)，F(xiàn)lash費(fèi)用高。ARM為此在芯片中加入了Java指令集，將來下載Java時(shí)直接在指令集上運(yùn)行。將來在手機(jī)中跑Java的速度是普通機(jī)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(huì)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(tái)。因?yàn)長(zhǎng)inux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(jiǎn)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(jìng)爭(zhēng)，ARM對(duì)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(fèi)操作系統(tǒng)。

嵌入式處理器/核的特點(diǎn)

　　32位處理器與Intel CPU不同，不會(huì)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(jī)。

　　ARM認(rèn)為，對(duì)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。可見，手機(jī)等便攜式產(chǎn)品在小空間里要實(shí)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(duì)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?yàn)檐浐艘子诰C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(shí)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?yàn)檐浐藭?huì)出現(xiàn)噪音、信號(hào)延時(shí)、失真等問題，業(yè)界反過來需要硬核了。

　　中國(guó)客戶對(duì)軟核和硬核的需求也是不盡相同。國(guó)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(fèi)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(chǎng)談得少

　　嵌入式里談4、16位較少。因?yàn)?位用于門鈴等簡(jiǎn)單的應(yīng)用，其市場(chǎng)已停止增長(zhǎng)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(chǎng)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(duì)來說8位是最簡(jiǎn)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(fèi)用方面比32位便宜不了多少。 ■