8位、32位处理器的动向

在嵌入式处理器中，8位和32位可以说是嵌入式的生力军，前者市场最为庞大，后者崛起速度最为迅速。嵌入式的发展有何新的动向？近日，世界8位、32位处理器/IP销量最大的厂商—Microchip和ARM分别接受了本刊的专访。

 

8位：开拓更多的应用

近年来，8位单片机(MCU)的性能在不断拓展，现场可编程，成本不断下降，I/O、指令更完备，开发工具方便、廉价，部分模拟和数字功能加入其中，超低功耗......。

8位MCU的功能不断拓展，其驱动力是应用领域的不断扩大。Microchip的安防、单片机及技术开发部副总裁Steve Drehobl列举了8位MCU的一些新的有趣应用。

MCU开关不是机械的集成，它好像触摸屏或按键式开关。过去的机械开关是旋钮式，而MCU里的开关采用数字式(笔者推测是由处理器芯核外的模拟电路来实现的，原理如模拟IC中的可调增益，利用可选电阻排编程来实现)。例如洗衣机过去调整功能、转速要用旋钮，现用按键即可。机械电子的好处是可以降低成本，提高开关功能。

典型的例子是压缩机关闭延时(图1)。尽管Microchip的PIC10F MCU比开关贵一些(多10美分)，但应用方面确实带来了好处。传统的机械定时延迟开关装在压缩机内。PIC10F可以完全代替这种开关，并且还是小型智能单片机。压缩机的测试需要很长时间，有了这种MCU，可对压缩机的供电条件进行预设，模拟时帮助节省很多时间，且非常准确。

如果把整个ASIC设计改变或修订的话，成本相当于5万美元，因此很多设计师宁可不搞这种大规模的修复，而使用“电子胶”——MCU(图2)。MCU可以把这些功能预先设计进来，就象给产品上了保险一样，任何变化都可以让设计师随时调整。

因此，在设计PC板等电路板时往往会预留空间，把可能会出现问题或系统需要升级的地点事先安排好，一旦出现故障，马上用备用的器件进行修理；或者一旦市场上需要新的功能，马上就可升级。这正符合美国的一句俚语：像撒胡椒面一样，先撒上。

因此，电子胶可用于ASIC、电路板、器件的修复、功能升级、后期变更和其他针对产品快速量产需要的补充件。

MCU的特点是量体裁衣，但随着MCU的应用层出不穷，量体裁衣越来越困难了。因为现在应用太多了，而且人们的想法层出不穷，厂家新型号与性能很难赶上。因此MCU公司如Microchip采用MCU的核心技术，集成部分外围及可编程内存，开发出系列小巧灵活的产品。“在产品交货上我们不做任何工作，让我们的用户充分发挥创造力与想象力来开发出他们所需要的应用。” Drehobl总结道。

 

32位与操作系统

6月初，ARM举办了“嵌入式Linux 2004 开发者大会”。会议期间，ARM中国业务总裁谭军博士向我们介绍了32位处理器及其操作系统(OS)的状况。由此深深感到：完成一个好的设计，操作系统与处理器同样重要，还要有平台开发概念。

在32位领域靠IP(知识产权)打遍天下的ARM公司，其处理器核的特点是低功耗、高性能和低成本。但这也离不开操作系统等第三方合作伙伴的紧密配合。此次是ARM进入中国两年多来第一次以嵌入式Linux为主题的研讨会。此前ARM也曾携手mC/OS做研讨会。这次之所以选择Linux，是因为嵌入式Linux是个群众团体，同样有很大的发展潜力。ARM希望通过这次大会，帮助第三方在ARM芯片上做Linux的开发、创业和增值。

为了推广基于ARM的操作系统，ARM还宣布了一个对中国用户来说的好消息：把许多资源贡献了出来，供广大用户免费下载，使ARM对kernel(内核)的裁减、优化成果及时与用户共享。

嵌入式OS所要做的

不同于台式机与服务器领域，嵌入式操作系统有很多种，这是由嵌入式的应用多姿多彩决定的，例如MP3、多媒体播放、工控、洗衣机、微波炉。可见嵌入式是个很新的市场，也是一个分得很细的市场，因此没有一家公司的操作系统可以垄断这个市场。

嵌入式对操作系统有了很多新要求，因为在台式电脑中Linux无所谓大小，功耗也不是问题，性能也不是问题。但在嵌入式里，若用5V电池跑台式Linux实现PDA，仅CPU就已不够用了，怎么能降低功耗？ARM kernel运行起来时，即可听音乐，又可低功耗，还要带外设，如何对kernel优化呢？这是ARM正在做的，过几年要对kernel进行裁减，将来在开发中实现嵌入式优势。

Linux是免费的，如何在开发中赚钱？这是全球公司都在探讨的问题，也是MontaVista、 LinuxWorks等在考虑的问题。谭军认为，嵌入式Linux不外乎满足客户的这些需求：1，集成，要把系统做得很小，集成要靠硬件工具；2，软件，要有操作系统和应用，例如MP3，MPEG4、WAPI等；3，系统实现什么功能，是demo(样品演示)还是产品？很多Linux产品至今还停留在实验室，原因是开发者设计时不是从系统角度出发，而是从技术角度出发。可见不能仅停留在技术层面，而应满足客户的需求。

中国有大量的开发人员，在开发嵌入式产品方面蕴涵着无限商机。不同于台式电脑开发，例如x86 CPU，通过开发环境就可实现编程的功能—微软、Intel的软件、母板里都做好了各类控制。因此在台式电脑中该做的都做完了，没有什么商机了。

嵌入式系统不同，你拿到芯片后启动都启动不起来。台式电脑按启动后，当你看到Windows时，里面已有十多个嵌入式软件启动起来了。嵌入式开发商要做的工作是拿这个芯片怎么实现引导功能，这个挑战很大，从传统的C++开发到嵌入式开发，是很大的挑战，要写引导和驱动。正因为挑战才有商机，才能有进步和跳跃。

图1  机械电子实例：压缩机关闭延时

 

图2  “电子胶”实例：不确定外部接口

图3  逻辑控制实例：可编程延迟

OS开发思路

可见嵌入式是今后几年工程师的课题。因为现在流行的电子产品多是嵌入式：智能家电、手机，未来的高清晰电视......。这些不是微软能做的。

开发时是否一定要硬件环境来支持？的确需要硬件环境，同时要有平台概念。你想做的是个系统，而不是一个CPU，这时想到要做个板子。对于Linux，如何把kernel裁减，然后把BSP写进来，这是新的挑战，一定要打破传统的你一开机、Windows就已经给你提供所有环境的观念。

移动产品的开发

目前手机上的移动开发成为热点。智能手机就是台电脑，有操作系统和应用。应用很可能是与台式电脑一样，不同之处是没有现成的开发环境。如果我们用Palm，就用Palm开发环境；微软用微软的；Linux用Linux的。

不过，移动是未来商机很大的平台。如果你现在的手机是黑白的，就相当于10年前的486电脑，如果你用的是Smart Phone(智能手机)，就相当于5年前用的奔1、奔2电脑。摩尔定律预示着今后三、四年里，手机性能将相当于前两年的笔记本电脑一样；今后6、7年，手机很可能像今天的笔记本电脑！那时的手机开发不是今天意义上的手机开发了，那时将需要开发很多功能，不仅是打电话，还能玩三维游戏，用GPS，以及实现很多办公室才能完成的事情。那时Linux等OS将会有很大的开发前景。因此，微软6月与联通签约，尽管联通运营不是电脑厂商，但在联通的手机中微软要把其OS放到里面去。

手机是新的平台，这个平台数量将远远超过台式电脑的数量。有分析表明，带数码相机的手机的销量已超过纯粹的数码相机的销量。因此可以预言，智能手机的销量会超过台式电脑的销量。正因为如此，各厂商都在抢占这一市场。Intel近几个月改变了口号，由过去的Intel Inside，改成现在的Intel Everywhere。Inside是呆在家里，Intel想要其芯片在无处不在的便携式产品上应用。

Linux如何发展?

Linux在国外很热，但在中国有个不容乐观的现实：对其关注的人倒很多，真正了解Linux的人很少，在Linux上成功的人更不多。因为Linux的业务模型是免费的，这样你做得再好，也要免费给人家，供应商不能靠销售赚钱，只能通过服务盈利。

但由于嵌入式世界的特殊性，确实可通过增值服务获取利润。例如，做MP3、机顶盒，若用Linux，不是下载后就能运行起来的，用供应商的Linux可以帮助客户裁减内存。因此，在嵌入式里也许Linux是一个新的商机。

对于“一次编程，处处可运行”的Java，在台式电脑中用得不多，在嵌入式里也不多。究其原因，Java编程不错，但每次运行的速度慢，嵌入式业界不能忍受的是若用Java虚拟机，所耗的内存会更较高，在嵌入式里用的内存通常是Flash(闪存)，Flash费用高。ARM为此在芯片中加入了Java指令集，将来下载Java时直接在指令集上运行。将来在手机中跑Java的速度是普通机的8倍以上；但功耗却没有很大区别。今年下半年，高通、TI、Motorola的芯片中就会有这样的CPU了。

但是，有些基于ARM的CPU不能用Linux，例如Oki的ARM基处理器，需要用OKi开发的平台。因为Linux需要虚拟内存和MMU。Oki等公司采用的是非Linux CPU核。即使这样，在一些简单CPU中还是可以用mCLinux。mCLinux是裁减过的Linux，把虚拟内存的需求关掉了。

当然，Linux与mC/OS也有竞争，ARM对二者都支持。二者的区别是mC/OS 是商业操作系统，Linux是免费操作系统。

嵌入式处理器/核的特点

32位处理器与Intel CPU不同，不会新一代出来，老的就被淘汰了。ARM核有的是低功耗，有的为高性能，新核的出现是为了满足新的应用需求，例如手机。

ARM认为，对于嵌入式处理器，速度不是主要的问题，而功耗特别重要，用ARM核做的处理器速度没有上限，你可做得很快，问题是5V电池供电，还要考虑安全性，重量等。可见，手机等便携式产品在小空间里要实现奔2的性能，如何解决噪音、功耗等是非常大的挑战。

软核还是硬核？

ARM软核和硬核都有，根据客户的需要提供。软核是给RTL源代码，由用户去硬化，然后变成光刻的数据；硬核是做好的芯核给用户，用户直接用就行了。

业界对软硬的偏爱是“三十年河东、三十年河西”。90年代初期普遍喜欢硬核；90年代末期喜欢软核，因为软核易于综合，可到处去生产。现在到了0.13mm、90nm工艺以后，软核又不现实了，这是由于软核理论上能达到的性能，硬化后达不到了，因为软核会出现噪音、信号延时、失真等问题，业界反过来需要硬核了。

中国客户对软核和硬核的需求也是不尽相同。国内客户普遍需要上市速度快，不希望自己做硬化，还可降低费用，往往采用硬核形式。华虹等做智能卡的公司，从安全角度考虑，要重心合成电路，这样别人就不知道你的电路了，因此采用软核。

 

4、16位市场谈得少

嵌入式里谈4、16位较少。因为4位用于门铃等简单的应用，其市场已停止增长了。

业界一般认为 16 位是 8 、 32 位的过渡阶段，除了汽车电子等市场外，其他地方可被 8 、 32 位替代。尽管有些工程师认为 16 位容易编程，但 Microchip 认为 16 位指令集很复杂，编程工具也较复杂，相对来说 8 位是最简单的。 ARM 则认为 16 位处于 8 与 32 位之间，在寻址、 CPU 设置方面不如 32 位，费用方面比 32 位便宜不了多少。