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(shuō)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(xiāo)量最大的廠(chǎng)商—Microchip和ARM分別接受了本刊的專(zhuān)訪(fǎng)。

8位：開(kāi)拓更多的應用

　　近年來(lái)，8位單片機(MCU)的性能在不斷拓展，現場(chǎng)可編程，成本不斷下降，I/O、指令更完備，開(kāi)發(fā)工具方便、廉價(jià)，部分模擬和數字功能加入其中，超低功耗......。

　　8位MCU的功能不斷拓展，其驅動(dòng)力是應用領(lǐng)域的不斷擴大。Microchip的安防、單片機及技術(shù)開(kāi)發(fā)部副總裁Steve Drehobl列舉了8位MCU的一些新的有趣應用。

　　MCU開(kāi)關(guān)不是機械的集成，它好像觸摸屏或按鍵式開(kāi)關(guān)。過(guò)去的機械開(kāi)關(guān)是旋鈕式，而MCU里的開(kāi)關(guān)采用數字式(筆者推測是由處理器芯核外的模擬電路來(lái)實(shí)現的，原理如模擬IC中的可調增益，利用可選電阻排編程來(lái)實(shí)現)。例如洗衣機過(guò)去調整功能、轉速要用旋鈕，現用按鍵即可。機械電子的好處是可以降低成本，提高開(kāi)關(guān)功能。

　　典型的例子是壓縮機關(guān)閉延時(shí)(圖1)。盡管Microchip的PIC10F MCU比開(kāi)關(guān)貴一些(多10美分)，但應用方面確實(shí)帶來(lái)了好處。傳統的機械定時(shí)延遲開(kāi)關(guān)裝在壓縮機內。PIC10F可以完全代替這種開(kāi)關(guān)，并且還是小型智能單片機。壓縮機的測試需要很長(cháng)時(shí)間，有了這種MCU，可對壓縮機的供電條件進(jìn)行預設，模擬時(shí)幫助節省很多時(shí)間，且非常準確。

　　如果把整個(gè)ASIC設計改變或修訂的話(huà)，成本相當于5萬(wàn)美元，因此很多設計師寧可不搞這種大規模的修復，而使用“電子膠”——MCU(圖2)。MCU可以把這些功能預先設計進(jìn)來(lái)，就象給產(chǎn)品上了保險一樣，任何變化都可以讓設計師隨時(shí)調整。

　　因此，在設計PC板等電路板時(shí)往往會(huì )預留空間，把可能會(huì )出現問(wèn)題或系統需要升級的地點(diǎn)事先安排好，一旦出現故障，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。這正符合美國的一句俚語(yǔ)：像撒胡椒面一樣，先撒上。

　　因此，電子膠可用于A(yíng)SIC、電路板、器件的修復、功能升級、后期變更和其他針對產(chǎn)品快速量產(chǎn)需要的補充件。

　　MCU的特點(diǎn)是量體裁衣，但隨著(zhù)MCU的應用層出不窮，量體裁衣越來(lái)越困難了。因為現在應用太多了，而且人們的想法層出不窮，廠(chǎng)家新型號與性能很難趕上。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存，開(kāi)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(hù)充分發(fā)揮創(chuàng )造力與想象力來(lái)開(kāi)發(fā)出他們所需要的應用?！?Drehobl總結道。

32位與操作系統

　　6月初，ARM舉辦了“嵌入式Linux 2004 開(kāi)發(fā)者大會(huì )”。會(huì )議期間，ARM中國業(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(OS)的狀況。由此深深感到：完成一個(gè)好的設計，操作系統與處理器同樣重要，還要有平臺開(kāi)發(fā)概念。

　　在32位領(lǐng)域靠IP(知識產(chǎn)權)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(kāi)操作系統等第三方合作伙伴的緊密配合。此次是ARM進(jìn)入中國兩年多來(lái)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，是因為嵌入式Linux是個(gè)群眾團體，同樣有很大的發(fā)展潛力。ARM希望通過(guò)這次大會(huì )，幫助第三方在A(yíng)RM芯片上做Linux的開(kāi)發(fā)、創(chuàng )業(yè)和增值。

　　為了推廣基于A(yíng)RM的操作系統，ARM還宣布了一個(gè)對中國用戶(hù)來(lái)說(shuō)的好消息：把許多資源貢獻了出來(lái)，供廣大用戶(hù)免費下載，使ARM對kernel(內核)的裁減、優(yōu)化成果及時(shí)與用戶(hù)共享。

嵌入式OS所要做的

　　不同于臺式機與服務(wù)器領(lǐng)域，嵌入式操作系統有很多種，這是由嵌入式的應用多姿多彩決定的，例如MP3、多媒體播放、工控、洗衣機、微波爐?？梢?jiàn)嵌入式是個(gè)很新的市場(chǎng)，也是一個(gè)分得很細的市場(chǎng)，因此沒(méi)有一家公司的操作系統可以壟斷這個(gè)市場(chǎng)。

　　嵌入式對操作系統有了很多新要求，因為在臺式電腦中Linux無(wú)所謂大小，功耗也不是問(wèn)題，性能也不是問(wèn)題。但在嵌入式里，若用5V電池跑臺式Linux實(shí)現PDA，僅CPU就已不夠用了，怎么能降低功耗？ARM kernel運行起來(lái)時(shí)，即可聽(tīng)音樂(lè )，又可低功耗，還要帶外設，如何對kernel優(yōu)化呢？這是ARM正在做的，過(guò)幾年要對kernel進(jìn)行裁減，將來(lái)在開(kāi)發(fā)中實(shí)現嵌入式優(yōu)勢。

　　Linux是免費的，如何在開(kāi)發(fā)中賺錢(qián)？這是全球公司都在探討的問(wèn)題，也是MontaVista、 LinuxWorks等在考慮的問(wèn)題。譚軍認為，嵌入式Linux不外乎滿(mǎn)足客戶(hù)的這些需求：1，集成，要把系統做得很小，集成要靠硬件工具；2，軟件，要有操作系統和應用，例如MP3，MPEG4、WAPI等；3，系統實(shí)現什么功能，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)驗室，原因是開(kāi)發(fā)者設計時(shí)不是從系統角度出發(fā)，而是從技術(shù)角度出發(fā)?？梢?jiàn)不能僅停留在技術(shù)層面，而應滿(mǎn)足客戶(hù)的需求。

　　中國有大量的開(kāi)發(fā)人員，在開(kāi)發(fā)嵌入式產(chǎn)品方面蘊涵著(zhù)無(wú)限商機。不同于臺式電腦開(kāi)發(fā)，例如x86 CPU，通過(guò)開(kāi)發(fā)環(huán)境就可實(shí)現編程的功能—微軟、Intel的軟件、母板里都做好了各類(lèi)控制。因此在臺式電腦中該做的都做完了，沒(méi)有什么商機了。

　　嵌入式系統不同，你拿到芯片后啟動(dòng)都啟動(dòng)不起來(lái)。臺式電腦按啟動(dòng)后，當你看到Windows時(shí)，里面已有十多個(gè)嵌入式軟件啟動(dòng)起來(lái)了。嵌入式開(kāi)發(fā)商要做的工作是拿這個(gè)芯片怎么實(shí)現引導功能，這個(gè)挑戰很大，從傳統的C++開(kāi)發(fā)到嵌入式開(kāi)發(fā)，是很大的挑戰，要寫(xiě)引導和驅動(dòng)。正因為挑戰才有商機，才能有進(jìn)步和跳躍。

OS開(kāi)發(fā)思路

　　可見(jiàn)嵌入式是今后幾年工程師的課題。因為現在流行的電子產(chǎn)品多是嵌入式：智能家電、手機，未來(lái)的高清晰電視......。這些不是微軟能做的。

　　開(kāi)發(fā)時(shí)是否一定要硬件環(huán)境來(lái)支持？的確需要硬件環(huán)境，同時(shí)要有平臺概念。你想做的是個(gè)系統，而不是一個(gè)CPU，這時(shí)想到要做個(gè)板子。對于Linux，如何把kernel裁減，然后把BSP寫(xiě)進(jìn)來(lái)，這是新的挑戰，一定要打破傳統的你一開(kāi)機、Windows就已經(jīng)給你提供所有環(huán)境的觀(guān)念。

移動(dòng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)

　　目前手機上的移動(dòng)開(kāi)發(fā)成為熱點(diǎn)。智能手機就是臺電腦，有操作系統和應用。應用很可能是與臺式電腦一樣，不同之處是沒(méi)有現成的開(kāi)發(fā)環(huán)境。如果我們用Palm，就用Palm開(kāi)發(fā)環(huán)境；微軟用微軟的；Linux用Linux的。

　　不過(guò)，移動(dòng)是未來(lái)商機很大的平臺。如果你現在的手機是黑白的，就相當于10年前的486電腦，如果你用的是Smart Phone(智能手機)，就相當于5年前用的奔1、奔2電腦。摩爾定律預示著(zhù)今后三、四年里，手機性能將相當于前兩年的筆記本電腦一樣；今后6、7年，手機很可能像今天的筆記本電腦！那時(shí)的手機開(kāi)發(fā)不是今天意義上的手機開(kāi)發(fā)了，那時(shí)將需要開(kāi)發(fā)很多功能，不僅是打電話(huà)，還能玩三維游戲，用GPS，以及實(shí)現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(kāi)發(fā)前景。因此，微軟6月與聯(lián)通簽約，盡管聯(lián)通運營(yíng)不是電腦廠(chǎng)商，但在聯(lián)通的手機中微軟要把其OS放到里面去。

　　手機是新的平臺，這個(gè)平臺數量將遠遠超過(guò)臺式電腦的數量。有分析表明，帶數碼相機的手機的銷(xiāo)量已超過(guò)純粹的數碼相機的銷(xiāo)量。因此可以預言，智能手機的銷(xiāo)量會(huì )超過(guò)臺式電腦的銷(xiāo)量。正因為如此，各廠(chǎng)商都在搶占這一市場(chǎng)。Intel近幾個(gè)月改變了口號，由過(guò)去的Intel Inside，改成現在的Intel Everywhere。Inside是呆在家里，Intel想要其芯片在無(wú)處不在的便攜式產(chǎn)品上應用。

Linux如何發(fā)展?

　　Linux在國外很熱，但在中國有個(gè)不容樂(lè )觀(guān)的現實(shí)：對其關(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。因為L(cháng)inux的業(yè)務(wù)模型是免費的，這樣你做得再好，也要免費給人家，供應商不能靠銷(xiāo)售賺錢(qián)，只能通過(guò)服務(wù)盈利。

　　但由于嵌入式世界的特殊性，確實(shí)可通過(guò)增值服務(wù)獲取利潤。例如，做MP3、機頂盒，若用Linux，不是下載后就能運行起來(lái)的，用供應商的Linux可以幫助客戶(hù)裁減內存。因此，在嵌入式里也許Linux是一個(gè)新的商機。

　　對于“一次編程，處處可運行”的Java，在臺式電腦中用得不多，在嵌入式里也不多。究其原因，Java編程不錯，但每次運行的速度慢，嵌入式業(yè)界不能忍受的是若用Java虛擬機，所耗的內存會(huì )更較高，在嵌入式里用的內存通常是Flash(閃存)，Flash費用高。ARM為此在芯片中加入了Java指令集，將來(lái)下載Java時(shí)直接在指令集上運行。將來(lái)在手機中跑Java的速度是普通機的8倍以上；但功耗卻沒(méi)有很大區別。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A(yíng)RM的CPU不能用Linux，例如Oki的ARM基處理器，需要用OKi開(kāi)發(fā)的平臺。因為L(cháng)inux需要虛擬內存和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(guò)的Linux，把虛擬內存的需求關(guān)掉了。

　　當然，Linux與mC/OS也有競爭，ARM對二者都支持。二者的區別是mC/OS 是商業(yè)操作系統，Linux是免費操作系統。

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(lái)，老的就被淘汰了。ARM核有的是低功耗，有的為高性能，新核的出現是為了滿(mǎn)足新的應用需求，例如手機。

　　ARM認為，對于嵌入式處理器，速度不是主要的問(wèn)題，而功耗特別重要，用ARM核做的處理器速度沒(méi)有上限，你可做得很快，問(wèn)題是5V電池供電，還要考慮安全性，重量等?？梢?jiàn)，手機等便攜式產(chǎn)品在小空間里要實(shí)現奔2的性能，如何解決噪音、功耗等是非常大的挑戰。

軟核還是硬核？

　　ARM軟核和硬核都有，根據客戶(hù)的需要提供。軟核是給RTL源代碼，由用戶(hù)去硬化，然后變成光刻的數據；硬核是做好的芯核給用戶(hù)，用戶(hù)直接用就行了。

　　業(yè)界對軟硬的偏愛(ài)是“三十年河東、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，因為軟核易于綜合，可到處去生產(chǎn)?，F在到了0.13mm、90nm工藝以后，軟核又不現實(shí)了，這是由于軟核理論上能達到的性能，硬化后達不到了，因為軟核會(huì )出現噪音、信號延時(shí)、失真等問(wèn)題，業(yè)界反過(guò)來(lái)需要硬核了。

　　中國客戶(hù)對軟核和硬核的需求也是不盡相同。國內客戶(hù)普遍需要上市速度快，不希望自己做硬化，還可降低費用，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。因為4位用于門(mén)鈴等簡(jiǎn)單的應用，其市場(chǎng)已停止增長(cháng)了。

　　業(yè)界一般認為16位是8、32位的過(guò)渡階段，除了汽車(chē)電子等市場(chǎng)外，其他地方可被8、32位替代。盡管有些工程師認為16位容易編程，但Microchip認為16位指令集很復雜，編程工具也較復雜，相對來(lái)說(shuō)8位是最簡(jiǎn)單的。ARM則認為16位處于8與32位之間，在尋址、CPU設置方面不如32位，費用方面比32位便宜不了多少。 ■