嵌入式系統與FPGA的最新動(dòng)向

　　筆者認為，如果真像Microchip所說(shuō)的32 位單片機的應用難以移植，那ARM陣營(yíng)的優(yōu)勢會(huì )打一定的折扣。如果單挑，Microchip所選的MIPS公司的內核，在計算性能也是有優(yōu)勢的。

　　MIPS公司對其IP(知識產(chǎn)權)核功耗高的錯覺(jué)進(jìn)行了澄清。MIPS公司中國區市場(chǎng)總監費浙平稱(chēng)，最近，全球第一款MIPS智能手機平臺來(lái)自于中國的客戶(hù)——北京君正，這用事實(shí)證明了MIPS架構的高性能、低功耗能力。

　　那么如何理解高性能、低功耗，MIPS公司在這方面的創(chuàng )新是什么?費浙平說(shuō)，高性能和低功耗是必須放在一起考量的一對指標。歷史上MIPS一直被比較多地應用于高性能領(lǐng)域，比如15年前多數MIPS平臺就運行在100～200MHz以上，而那時(shí)候很多其他架構只需要運行在50MHz以下，顯然，200MHz的設計實(shí)現其絕對功耗是遠大于50MHz設計的，不管其結構體系本身多么有優(yōu)勢。

　　多年來(lái)，MIPS比較多地被應用于絕對性能要求較高的地方，這就是關(guān)于“MIPS高功耗”歷史錯覺(jué)形成的主要原因?，F在MIPS鼓勵使用“效率”來(lái)進(jìn)行不同架構內核的比較，效率就是“性能/功耗”比，即單位能量能夠提供的計算能力。這樣大家就比較容易對不同的處理器架構進(jìn)行橫向比較了。

　　一個(gè)系統的功耗效率從本質(zhì)上決定于以下這些因素(如圖3所示)：基礎架構、并行處理能力、芯片后端設計和制造工藝、系統軟件設計。MIPS在基礎架構技術(shù)方面的優(yōu)勢是比較公認的;在多核多線(xiàn)程兩項并行處理技術(shù)方面也領(lǐng)先一步(兩者結合可以既增加計算平行度，又減少CPU空轉時(shí)鐘周期數的浪費)。芯片后端設計和制造工藝對一個(gè)芯片性能和功耗的影響現在越來(lái)越大，不過(guò)這方面的影響與具體CPU架構無(wú)關(guān)，對任何芯片設計影響都是一樣的;同樣，軟件設計思想上的進(jìn)步，也可以應用在所有不同CPU架構之上，是通用的。在MIPS現有產(chǎn)品系列中，像MIPS 1074K是雙發(fā)射超標量結合多核技術(shù)的產(chǎn)品，提供較高性能;MIPS 1004K是多線(xiàn)程和多核技術(shù)結合的產(chǎn)品，適合并行度高的任務(wù)系統。

　　ARM MCU未來(lái)什么樣?

　　如今，事實(shí)是越來(lái)越多的廠(chǎng)商擁抱ARM，那么這種現象的利弊是什么?有人擔憂(yōu)ARM MCU會(huì )同質(zhì)化，那么ARM MCU芯片如何實(shí)現差異化，以在競爭中脫穎而出?

　　Gartner半導體和電子研究總監 Adib Ghubril稱(chēng)，實(shí)際上，絕大多數的成功芯片制造商都能夠開(kāi)發(fā)出在特征豐富(feature-rich)和功能豐富(function-rich)之間取得平衡的組合產(chǎn)品。特征豐富的MCU所針對的各種應用中，諸如觸摸式或傳感器式控制模塊等外圍設備特征要優(yōu)先于優(yōu)化處理;而功能豐富的MCU所針對的各種應用中，處理周期必須如同發(fā)動(dòng)機控制中一樣，要嚴格予以遵守。

　　第一階段，制造商可以通過(guò)將資源從處理模塊轉向外圍設備模塊來(lái)獲得效率上的提高——這是類(lèi)似ARM核之類(lèi)的標準處理模塊的有效之處;而在第二階段，掌握專(zhuān)利核心的制造商更有可能是要滿(mǎn)足嚴格的處理規范要求，并應該將資源從外設上轉移出來(lái)，將之轉移到處理模塊上——這時(shí)，授權芯核技術(shù)的左右就會(huì )降低。

　　軟件平臺給力多核嵌入式芯片的發(fā)展特點(diǎn)

　　定位ESA(嵌入式軟件自動(dòng)化)的Mentor Graphics公司嵌入式軟件部總經(jīng)理Glenn Perry的看法是，當前，集成了眾多外設并配有多核的片上系統(SoC)在市場(chǎng)上正在變得越來(lái)越普遍。這種硬件復雜性的增加也在軟件中體現了出來(lái)。所有客戶(hù)希望使用的硬件都必須通過(guò)軟件來(lái)調用。系統架構設計師會(huì )依據一定的性能標準、功耗標準或者需要使用的關(guān)鍵內置外設來(lái)選擇特定的SoC。他們希望操作系統能夠令他們選定的外設正常工作。

　　此外，多核已成為流行趨勢。Enea大中國區銷(xiāo)售總監張永軍給了一組數據，愛(ài)立信預計到2020年將有500億個(gè)連接的設備，同時(shí)思科認為移動(dòng)數據流量到2014年將增加39倍，因此需要大量基礎設施投資。而要實(shí)現這些目標，多核技術(shù)的使用將是一個(gè)答案。今天所有的項目大約有10%~15%使用多核，在兩年內的預期將增長(cháng)到40%。

　　Mentor的Glenn指出，不論對稱(chēng)多處理模式(SMP)還是非對稱(chēng)多處理模式(AMP)，操作系統都必須能夠支持附加的處理核心。

　　因此，支持SMP功能的CPU內核和專(zhuān)用加速芯片(如DSP加速芯片和圖形加速芯片)的數量將會(huì )越來(lái)越多。另一個(gè)趨勢是在片上系統中集成更多具備節能特性的外設，將系統功耗進(jìn)一步降低。雖然節能是一件好事，但前提是軟件必須具備引導外設進(jìn)入各種不同節能模式的能力，否則節能將無(wú)從談起。