嵌入式系統與FPGA的最新動(dòng)向

　　可見(jiàn)，MCU不會(huì )脫離數字設計的核心。在集成模擬/數?；旌掀骷r(shí)，會(huì )對性能和制程帶來(lái)一些挑戰。在一些高性能或獨特應用場(chǎng)合，獨立的模擬器件仍舉足輕重。獨立的模擬器件的發(fā)展趨勢是集成度更高，精度更高，可編程性更強，并有自家的開(kāi)發(fā)工具支持，簡(jiǎn)單易用等。

　　MIPS架構尋機突破

　　如今，ARM是32位MCU架構中增長(cháng)最快的部分，有專(zhuān)門(mén)為不同嵌入式處理器準備的10種左右的Cortex授權。一般公認ARM陣營(yíng)的優(yōu)勢是可利用的豐富的生態(tài)環(huán)境。

　　不過(guò)，MIPS科技公司這幾年也在尋求突破。Microchip是MIPS架構的積極擁躉者之一，最近，Microchip的Erlendur Kristjansson對ARM公司聲稱(chēng)的32位單片機(MCU)應用的可移植性產(chǎn)生了疑問(wèn)。

　　32位單片機的應用可移植性：現實(shí)還是神話(huà)?

　　Erlendur首先介紹了事情的原委：2008 年11 月，ARM公司宣布推出Cortex微控制器軟件接口標準(Microcontroller Software Interface Standard，CMSIS)。ARM聲稱(chēng)，對于新器件的軟件開(kāi)發(fā)項目或將現有軟件在不同芯片廠(chǎng)商的基于Cortex-M 的單片機之間移植時(shí)，這項標準可降低軟件設計成本。這聽(tīng)起來(lái)很不錯，但事實(shí)確實(shí)如此嗎?

　　Erlendur分析道，根據ARM 所言，CMSIS 是“適用于Cortex-M 處理器系列的與廠(chǎng)商無(wú)關(guān)的硬件抽象層。CMSIS為不同芯片廠(chǎng)商和中間件提供商的處理器提供了簡(jiǎn)單一致的軟件接口，這簡(jiǎn)化了軟件重用，縮短了開(kāi)發(fā)人員對于新單片機(MCU)的學(xué)習過(guò)程以及新器件的上市時(shí)間。CMSIS的問(wèn)世使芯片廠(chǎng)商可將資源集中在突出其產(chǎn)品的外設功能上，無(wú)需在對單片機進(jìn)行編程時(shí)保持各自不兼容的標準[10]。”

　　可移植性的可能性探討

　　我們已了解各個(gè)單片機制造商都能提供什么，現在可以看一下抽象層能為設計人員做些什么(如果有的話(huà))。首先，我們來(lái)看CMSIS 聲稱(chēng)所能提供的功能，同時(shí)應記住前文所述的系統架構、外設和固件庫。

　　CMSIS 版本1.3

　　1.內核外設訪(fǎng)問(wèn)層：包含用于訪(fǎng)問(wèn)內核寄存器和外設的名稱(chēng)定義、地址定義和輔助函數。它還定義了一個(gè)用于RTOS 內核的器件無(wú)關(guān)接口，其中包含調試通道定義[11]。

　　2. 這些軟件層由芯片合作伙伴通過(guò)以下方式進(jìn)行擴展：

　　a) 器件外設訪(fǎng)問(wèn)層，提供所有器件外設的定義;

　　b) 用于外設的訪(fǎng)問(wèn)函數(可選)：提供用于外設的附加輔助函數[11]。

　　仔細閱讀此說(shuō)明后，我們可以看到CMSIS 提供了一種通用語(yǔ)言，通過(guò)它可描述MCU 的不同元件。

　　接下來(lái)，我們看一下兩個(gè)不同的“芯片合作伙伴(使用ARM Cortex-M 處理器內核的MCU 制造商)”所生產(chǎn)的MCU 中包含的部分功能。

　　顯而易見(jiàn)的是，盡管這兩個(gè)32 位MCU制造商都使用Cortex-M3 內核，但主要功能仍有區別。表1中列出的功能是單片機最標準的功能，即便如此它們仍有不同。這意味著(zhù)，即使這兩個(gè)制造商使用相同的內核，也需要對軟件進(jìn)行調整才能運行最基本的程序，例如翻轉I/O 或使用UART。如果不進(jìn)行一定程度的代碼重寫(xiě)，而只是對基本參數進(jìn)行調整，則無(wú)法在A(yíng)和B之間移植軟件。

　　另外，在表1的示例中，廠(chǎng)商A和B的單片機都使用了ARM Cortex-M3 內核，并且都具有符合CMSIS 標準的固件庫。這是否意味著(zhù)他們的庫(例如電機控制庫)可以互相移植?

　　其實(shí)不見(jiàn)得。這兩個(gè)制造商對外設和固件采用了完全不同的方法。廠(chǎng)商A 使用專(zhuān)用算法庫(可能由多人經(jīng)過(guò)數年開(kāi)發(fā)而成)來(lái)最高效地利用其單片機上的專(zhuān)用外設。而廠(chǎng)商B 則專(zhuān)注于使用更通用的外設并構建通用外設庫，對于特定應用則使用示例代碼和應用筆記進(jìn)行說(shuō)明。

　　這兩種完全不同的方法使得在這兩個(gè)制造商的MCU 之間移植程序(例如電機控制子程序)非常困難，盡管它們使用了相同的內核。此外，庫函數的命名也不相同，這意味著(zhù)用戶(hù)必須重寫(xiě)代碼中的所有庫函數調用，并且要弄清將哪些變量和值提交給函數。這完全不是所謂的可移植性。

　　再有，設計人員關(guān)注的重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)特定最終用途代碼時(shí)的速度、效率和可靠性。廠(chǎng)商A和B采用不同的方法來(lái)達到這些目標。廠(chǎng)商A使用基于專(zhuān)用硬件的方法，而廠(chǎng)商B的法更加專(zhuān)注于通用硬件。廠(chǎng)商A 針對特定應用提供了經(jīng)過(guò)潛心開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用庫，以最大限度地利用其單片機的功能。而廠(chǎng)商B 只提供基本構件，讓開(kāi)發(fā)人員構建自己的解決方案。