嵌入式系統的發(fā)展特點(diǎn)及架構詳解

Tensilica 公司的主力產(chǎn)品線(xiàn)為Xtensa，該產(chǎn)品可讓系統設計工程師可以挑選所需的單元架構，再加上自創(chuàng )的新指令與硬件執行單元，就可以設計出比其它傳統方式強大數倍的處理器核心。Xtensa 生產(chǎn)器可以針對每一個(gè)處理器的特殊組合，自動(dòng)有效地產(chǎn)生出一套包括操作系統，完善周全的軟件工具。 Xtensa 為一32位處理器，該結構特色是有一套專(zhuān)門(mén)為嵌入式系統設計、精簡(jiǎn)且效能表現不錯的16與24位指令集。其基本結構擁有80個(gè) RISC 指令，其中包括 32位 ALU，6個(gè)管理特殊功能的緩存器，32或64個(gè)普通功能32位緩存器。這些32位緩存器都設有加速運行功能的信道。Xtensa 處理器的指令相當精簡(jiǎn)，系統設計師可以以此縮減程序代碼的長(cháng)度，從而提高指令的密集度并降低功耗。相對于高合成的單芯片系統ASIC而言，能達到有效減低成本。 Xtensa 的指令集構架包括有效的分支指令，例如：經(jīng)合成的比較 - 分歧循環(huán)、零開(kāi)銷(xiāo)循環(huán)和二進(jìn)制處理，包括漏斗切換和字段抽段操作等。浮點(diǎn)運算單元與向量 DSP 單元是 Xtensa 結構上兩個(gè)可以加選的處理單元，可以加強在特定應用的效能表現。

6、CISC家族之X86

X86 處理器應用在嵌入式系統的歷史相當悠久，以Intel為例，其Pentium3時(shí)代的處理器與芯片組，至今仍活躍在許多工控電腦產(chǎn)業(yè)中。而隨著(zhù)兩大X86 廠(chǎng)商放棄RISC產(chǎn)品線(xiàn)，并積極規劃移動(dòng)應用產(chǎn)品，X86進(jìn)入到消費性電子嵌入式市場(chǎng)就不再只是傳言。當然，X86處理器普遍都還是有功耗過(guò)高，且芯片數量龐大的缺點(diǎn)，不適合應用在要求精簡(jiǎn)省電的嵌入式架構中，但隨著(zhù)發(fā)展，這一切都有了根本上的改變。 盡管Pentium4是 Intel相對失敗之作，但Pentium3依舊是市場(chǎng)的最?lèi)?ài)，就連Intel本身也舍不得放棄Pentium3的微架構，如今已經(jīng)經(jīng)過(guò)數次的翻新與修改，即便是最新的4核心產(chǎn)品，依然有Pentium3的影子存在。賣(mài)舊式架構產(chǎn)品，對Intel來(lái)說(shuō)，其實(shí)不無(wú)小補，由于舊架構經(jīng)過(guò)長(cháng)久驗證，不需重新設計，且在生產(chǎn)上的成本非常低，制程提升還可以進(jìn)一步拉抬芯片產(chǎn)量，但不止Intel有舊架構產(chǎn)品，AMD其實(shí)也運用同樣的手法來(lái)經(jīng)營(yíng)其AthlonXP處理器，但是Intel決心要讓對手難以追趕，因此規劃了一系列以移動(dòng)產(chǎn)品應用為主的嵌入式處理器。 Intel過(guò)去在X86產(chǎn)品規劃上，其實(shí)幾乎從未接觸過(guò)移動(dòng)通訊應用，即便是雷聲大雨點(diǎn)小的UMPC產(chǎn)品，也都不含移動(dòng)通訊功能，在這邊我們指的是諸如3G、3.5G的通訊能力，而當Intel主推的WiMAX正式被納入3G標準之一，也讓Intel重新考慮該公司的移動(dòng)應用產(chǎn)品。在最近的技術(shù)展示中，即便是最接近手機設計的MID （Mobile Intel Device）裝置，也都僅定位于移動(dòng)上網(wǎng)工具，而非行動(dòng)通訊系統。 但是根據Intel的最新規劃，MID 平臺已經(jīng)從單純的行動(dòng)上網(wǎng)，轉而將會(huì )跨進(jìn)現有的BlackBerry （黑莓）及 I-Phone 的相同市場(chǎng)，前者擁有強大的網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò )通訊能力，而 I-Phone 則是擁有強大的多媒體能力，但是Intel的MID平臺基本上是一部微型X86計算機系統，在功能性可以達到相當全面的地步，且具備了ARM、MIPS等處理器架構難以滿(mǎn)足的X86軟件兼容資源，導入移動(dòng)通訊只不過(guò)是在目前的硬件規劃基礎上，進(jìn)行軟件模塊的增加而已。傳統移動(dòng)通訊產(chǎn)品廠(chǎng)商在相關(guān)軟硬件投入的資本非常龐大，是否采用Intel架構還有待觀(guān)察，當然，如果像Nokia與Motorola也投入此一架構，在推廣上也將會(huì )如虎添翼。 Intel針對移動(dòng)應用的最新處理器為Stealey，目前該產(chǎn)品線(xiàn)有兩款產(chǎn)品，分別是600MHz的A100與 800MHz的A110，理論上來(lái)說(shuō)，Stealey 只不過(guò)是Centrino體系中祖父級Dothan（都是基于Pentium3的架構）處理器的超級精簡(jiǎn)兼時(shí)鐘降低版，主要是得利于90納米制程，架構技術(shù)上并無(wú)太多特點(diǎn)，而下一代的Silverthorne則是直接將此Stealey轉以45納米制程，并在架構上加入64位處理能力，算是真正比較有誠意的產(chǎn)品。 但是以目前來(lái)看，Intel的移動(dòng)應用平臺其實(shí)表現并不出色，過(guò)高的功耗與溫度仍然是應用在移動(dòng)終端上的隱憂(yōu)，Silverthorne是必要針對此兩點(diǎn)進(jìn)行變革，否則要應用在MID產(chǎn)品上，只怕又會(huì )繼UMPC之后，成為業(yè)界另一個(gè)叫好不叫座案例。

7、CISC家族之VIA

目前仍存活的X86處理器廠(chǎng)商，除了身為世界第一大半導體廠(chǎng)的Intel以外，其余兩家都活的相當辛苦，尤其以臺灣的VIA（威盛）為最，該公司在處理器產(chǎn)品線(xiàn)的經(jīng)營(yíng)上，向來(lái)遭受大廠(chǎng)的打壓， VIA 過(guò)去所推出的一系列低功耗處理器，雖然效能偏低，但是其功耗控制能力非常優(yōu)秀，遠遠超過(guò)Intel以及AMD這兩家CPU大廠(chǎng)，如今世界潮流逐漸從效能取向走往綠色環(huán)保取向，VIA終于也是媳婦熬成婆，除了在一般低價(jià)PC獲得滿(mǎn)堂彩以外，在UMPC以及嵌入式系統方面，也都能提供相當優(yōu)秀的解決方案。 VIA 的主流產(chǎn)品線(xiàn)為C7-M處理器，該款處理器共分兩個(gè)型號——普通版本及Ultra Low Voltage版本，C7-M普通版本型號擁有 1.5GHz/400MHz FSB、1.6GHz/533MHz FSB、1.867GHz/533MHz FSB及最高速度的 2GHz/533MHz FSB，電壓由1.004V至1.148V，最高功耗由12W至20W，在P-State模式下電壓會(huì )下調至0.844V，而功耗則只有5W。 Ultra Low Voltage版本的C7-M處理器，擁有1GHz/400MHz FSB、 1.2GHz/400MHz FSB及1.5GHz/400MHz FSB，ULV版本工作電壓只需要0.908V至0.956V，最高功耗由5W至7W 左右。而ULV之中還會(huì )有一個(gè)Super ULV的C7-M 1GHz，型號為C7-M ULV 779，工作電壓可低至0.796V，最高功耗僅有 3.5W。由于這些特點(diǎn)，使其在低價(jià)計算機、嵌入式應用領(lǐng)域中，成為不能忽視的第三勢力。

8、CISC家族之AMD

AMD 是在主流市場(chǎng)上，唯一能與Inte抗衡的X86處理器廠(chǎng)商，然而在購并ATI之后，其表現只能算差強人意，以目前所規劃的主流產(chǎn)品線(xiàn)而言（包含CPU與 GPU），其實(shí)都是處于挨打的狀態(tài)。畢竟AMD具有業(yè)界最佳的技術(shù)均衡性，既有先進(jìn)的處理器技術(shù)，又是GPU技術(shù)第二領(lǐng)導者，兼以效能表現相當優(yōu)秀的主機板芯片產(chǎn)品，以及自有的晶圓廠(chǎng)，雖不及Intel霸氣，仍然占有很大市場(chǎng)份額。 在嵌入式應用方面，其實(shí)過(guò)去AMD有向MIPS 授權其IP，開(kāi)發(fā)出Alchemy產(chǎn)品線(xiàn)，算是直接向Intel過(guò)去的ARM架構Xscale直接叫陣的一款產(chǎn)品，然而此產(chǎn)品并未擄獲市場(chǎng)眼光，在應用上一向偏弱勢，后來(lái)AMD也將之擺脫，開(kāi)始利用自己的X86處理器來(lái)經(jīng)營(yíng)嵌入式應用領(lǐng)域。 AMD在嵌入式X86處理器方面的產(chǎn)品線(xiàn)為Geode，基本上這是一款整合度相當高的SoC產(chǎn)品，但是速度偏低，效能表現不佳，功能也未能比VIA的產(chǎn)品出色，定位相當尷尬。針對移動(dòng)平臺開(kāi)發(fā)的X86處理核心，代號為“Botcat”，不過(guò)目前信息還不完備，因此只能從時(shí)間點(diǎn)推論，該處理器將有可能使用簡(jiǎn)化降頻版的K8核心，但推出時(shí)間在今年，明顯比對手晚了許多，若要整合K10核心，可能就要等到2009年 之后。 不過(guò)AMD購并ATI之后，得以將Fusion 的概念帶給消費者，Fusion算是身兼AMD與ATI二者之長(cháng)，具備了先進(jìn)的處理器核心、高效能的繪圖核心，以及I/O控制能力，從低功耗的嵌入式應用，到高功耗的效能級產(chǎn)品，都是Fusion的產(chǎn)品守備范圍內，但Fusion最早要到2009年才會(huì )進(jìn)入市場(chǎng)。