全國嵌入式技術(shù)研討會觀感

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1、 全國嵌入式技術(shù)研討會觀感 一、綜述 本次嵌入式系統(tǒng)學(xué)術(shù)交流會主要設(shè)計了如下一些嵌入式的產(chǎn)品和 技術(shù)領(lǐng)域，它們是單片機，嵌入式處理器，可編程邏輯，系統(tǒng)芯片， 嵌入式操作系統(tǒng)， 嵌入式軟件以及相關(guān)的系統(tǒng)整合開發(fā)方法。 從會議 主辦方的觀點看，會議討論的重點是系統(tǒng)芯片 SOC。因此本文著重介 紹在會議上得到的對于 SOC的現(xiàn)狀及將來的認(rèn)識。 二、關(guān)于 SOC及 SOPC 系統(tǒng)芯片 SOC的提出已經(jīng)經(jīng)歷了一段不短的醞釀期，市場和技術(shù)

2、人員都認(rèn)為現(xiàn)在乃至將來的 5 年，將是 SOC迅速發(fā)展并且廣泛應(yīng)用的 黃金時間。如手機芯片，數(shù)碼相機芯片是當(dāng)前 SOC產(chǎn)品的代表例子。 在這種芯片上實現(xiàn)了具體應(yīng)用所需要的特殊功能，同時包含處理器、 存儲器和一些標(biāo)準(zhǔn)接口， 使得電子系統(tǒng)布局更加緊湊， 功能更加強大。 而我國同時也在強調(diào) IC 設(shè)計能力的提升， 15 家國家試點 IC 設(shè)計機構(gòu)的啟動，表明了國家對于 IC 設(shè)計的投入和觀點。 這些 IC 設(shè)計機構(gòu)的工作重點也將著眼于 SOC設(shè)計而決不會是一些簡單的常用標(biāo)準(zhǔn)IC。微軟亞洲研究院在聘用“深藍之父”許峰雄之后，也開始了其 IC

3、設(shè)計的旅程。 隨著可編程邏輯器件的迅速發(fā)展，使用可編程邏輯器件進行系統(tǒng) 設(shè)計逐漸成為另一個趨勢。 現(xiàn)在我們常用的可編程器件 Altera 公司， Altera 公司的可編程邏輯器件已經(jīng)有 Flex 系列升級到低端 Cyclone 系列和高端的 Statix 系列，器件內(nèi)所包含的邏輯單元已經(jīng)達到數(shù)百 萬門，時鐘頻率接近 200MHz。同時其應(yīng)用軟件也完全淘汰了 MaxPlus Ⅱ而代替以 QuatusⅡ+SOPCBuilder。在嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展中，硬件 的發(fā)展引領(lǐng)著時代的進步， 但是這

4、種進步必須得到開發(fā)軟件的支持才 能叫更多的人（我們）直接的感受到技術(shù)進步帶來好處。 為積極開發(fā)基于可編程邏輯期間的 SOC產(chǎn)品，Altera 設(shè)計開發(fā)了基于其可編程邏輯器件的處理器內(nèi)核—— NIOS系列，目前最新產(chǎn)品是 NIOSⅡ，其處理能力接近 150MPIS，除較高的處理能力外， Altera 還希望在其可編程邏輯中同時實現(xiàn)多個 NIOSⅡ，以實現(xiàn)并行處理提高運算能力。使用 SOPCBuilder 可以方便的開發(fā)含有 NIOS的可編程邏輯產(chǎn)品，并且提供了大量的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)接口，同時 NIOS支持 ANSIC 標(biāo)準(zhǔn)，還提供了用戶可重定義的指令系統(tǒng)。

5、 Altera 并不是銷售量最大的可編程邏輯期間供應(yīng)商，業(yè)界最大的可編程邏輯期間供應(yīng)商是 Xilinx ，因為進入中國市場較晚，并且針對學(xué)生的市場開發(fā)規(guī)模較小， 使得我們對他有一些陌生。 目前 Xilinx 正在依托國防科大實施其大學(xué)計劃。 三、比較幾種流行的 SOC技術(shù) 除了在可編程邏輯上實現(xiàn)的系統(tǒng)芯片外，其他一些廠商也把目標(biāo) 瞄準(zhǔn)了 SOC的市場，也帶來了一些其它類型的可編程 SOC產(chǎn)品，主要 包括 PSOC和 CSOC。下面比較一下這三種器件的特點（包括 SOPC）。

6、 1 ．SOPC（SystemOnaProgrammableChip） 提出 SOPC概念的是 Altera 公司，目前 Xilinx 也在利用自己 FPGA 的優(yōu)勢，積極的發(fā)展自己的 SOPC產(chǎn)品。SOPC結(jié)合了 SOC和 PLD、FPGA各自的優(yōu)點，一般具備以下基本特征： 至少包含一個嵌入式處理器內(nèi)核； 具有小容量片內(nèi)高速 RAM資源； 豐富的 IPCore 資源可供選擇； 足夠的片上可編程邏輯資源；

7、 處理器調(diào)試接口和 FPGA編程接口； 可能包含部分可編程模擬電路； 單芯片、低功耗、微封裝。 SOPC 是 PLD和 ASIC技術(shù)融合的結(jié)果，目前 0.13 微米的 ASIC產(chǎn)品制造價格仍然相當(dāng)昂貴，相反，集成了硬核或軟核 CPU、DSP、存儲器、外圍 I/O 及可編程邏輯的 SOPC芯片在應(yīng)用的靈活性和價格上有極大的優(yōu)勢。 2 ．PSOC（ProgrammableSystemOnChip） PSOC 是

8、Cypress 公司的產(chǎn)品，其特征在于將各種處理模擬信號的 接口通過可編程元素連接起來。 PSOC器件集成有一個快速微控制器 （ MCU）和 SONOSTM（硅／氧化氮／氧化硅）工藝制造的閃速存儲器及 SRAM，以及具有模擬和數(shù)字系統(tǒng)功能的可編程陣列器件（即 PSOCblocks），并實現(xiàn)了低成本和小型封裝形式供貨。 PSOC包括多 種用戶模塊，與 CPLD的宏單元非常相似，這些用戶模塊也可由設(shè)計 師隨意配置。不過，需要牢記的是：與 CPLD不同， PSOC還包括能夠 完全以模擬方式 （無需使用數(shù)字電路或 CPU等等）來處理信號的用戶

9、 模塊。 作為通用的器件，PSOC主要是針對嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用， 包括音頻、無線、手持、數(shù)字通信、互聯(lián)網(wǎng)、控制和消費類系統(tǒng)。 Cypress 微系統(tǒng)公司將提供 PSOC設(shè)計工具 PSOCDesignerTM，它是支持 PSOC器件的一種完整的開發(fā)系統(tǒng)開發(fā)系統(tǒng)，包括有一個 C 編譯器和匯編程序、一個連接和調(diào)試工具、一個在線仿真器和器件器 (DeviceEditorTM) 。 3 ．CSOC（ConfigurableSystemOnChip ） CSOC 的設(shè)計初衷是為了回避 SOPC在低出貨量、高靈活

10、性方面的優(yōu)勢，而將工作重點瞄準(zhǔn)了高出貨量的 ASICIC 市場，因此 CSOC的特點也是相似于 ASIC的，在設(shè)計階段比 SOPC復(fù)雜、成本高，而一旦大批量生產(chǎn)，就可以體現(xiàn)出單件產(chǎn)品價格低，資源利用率高的優(yōu)勢。 從另一個角度看，目前的 CSOC器件主要提供了 51 系列或者 ARM7 系列的硬核處理器， 以及其它的邏輯模塊， 并且可以通過硬件描述語言編程的方式組織管理原有的 ASIC資源，也可以實現(xiàn)自己的軟核 IP ，其可編程資源并不比 SOPC差。 并且，一旦生產(chǎn)廠商發(fā)現(xiàn)市場成熟，可以大量供貨后，可以很輕 松的將現(xiàn)有的

11、CSOC設(shè)計，轉(zhuǎn)換成完全的 ASIC設(shè)計，以此來最大的降 低器件的成本。 目前 CSOC的市場還不是很活躍， 國內(nèi)的主要代理商為矽正電子有限公司。 一個值得思考的問題是， CSOC的技術(shù)特點并不是很符合牧村定律的觀點。依照牧村定律，電子器件以 10 年為周期在可定制和專用化之間擺動，而從現(xiàn)在到 xx 年學(xué)者認(rèn)為之可定制的 10 年， Altera 和 Xilinx 也正在積極地為降低 FPGA的每邏輯單元成本而努力，因此是 否需要向 CSOC投入較大精力仍是值得商榷的問題，也許作為技術(shù)研究還是比較合適的。

12、 會議中還介紹了其他一些嵌入式產(chǎn)品，比如 ARM、新型的單片機等。由于 ARM的迅速興起，已經(jīng)嚴(yán)重擠壓了單片機的市場，幾乎成為 32 位通用嵌入式處理器的“標(biāo)準(zhǔn)”，各種規(guī)模背景的廠商都在開發(fā) 基于 ARM的產(chǎn)品，各式的 ARM開發(fā)板也充斥著市場。 而生產(chǎn)單片機的廠商則開始謀求新的發(fā)展。比如高可靠性，低功耗，采用 Flash 替代 Ram等。以及一些專有領(lǐng)域的相對專用的單片機。利用 Flash 提供了 另一種靈活性更高的在線可編程可配制的解決方案， 這種技術(shù)已經(jīng)得 到了一些應(yīng)用。本次展會單片機大廠 FreeScale （原 Mo

13、torola ）沒有 出席，但可以確定的是 FreeScale 依然在進行高性能單片機的研發(fā)和 制造。目前其 __ 市場正在大力宣傳其單片機、 DSP和傳感器芯片。 在軟件方便，包括操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件兩大市場。 VxWorks發(fā)布了 6.0 版本，而 Linux 系列也得到眾多廠商定推廣，但是感覺 Linux 行列中缺少重量級企業(yè)的支持。 開發(fā)工具方面除了各期間廠商推行的工具軟件外，當(dāng)提到 Altium 的 Protelxx 和 Nexar。Protelxx 延續(xù)了 Protel 的優(yōu)良傳統(tǒng)， 其界面

14、 更美觀，運行速度更快，也提供了更豐富的元件庫支持。而Altium 號稱其 Nexar 將是劃時代的 FPGA設(shè)計工具。依個人觀點， Nexar 類似于 VB，令用戶不必學(xué)習(xí)復(fù)雜的硬件描述語言也可以開發(fā) FPGA產(chǎn)品。 Nexar 將通用 IC 模塊化以 IP 的方式提供，使用 Nexar 的用戶可以將這些 IP 以拖拽的方式加入工程，按照設(shè)計 PCB的方法連接這些通用元件，形成工程，并有 Nexar 將這些內(nèi)容編譯綜合下載到可編程邏輯器件中。在 Nexar 中也提供了基于可編程邏輯的處理器， 不過目前僅限于低端的 51 等系列。通過 Protel 和 Nexar

15、 的配合還可以實現(xiàn)在同一個 IDE 中進行軟硬件的開發(fā)。 一些提供系統(tǒng)集成解決方案的廠商也參加了這次會議， 包括研華，立功單片機， Emdoor等。他們代理的 WindowsCE.Net和 Xscale 也得以在展會中露面。 對軟件的開發(fā)過程管理，系統(tǒng)可靠性的保證，在本次研討會中都有涉及。 縱觀這次展會， 32 位處理器已經(jīng)成為嵌入式系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，更大的存儲器，更快的處理能力， 資源極其豐富的可編程邏輯，方便的開發(fā)工具都在刺激著這個令人熱血沸騰的領(lǐng)域。 如何緊跟時代潮流也許將會成為一個有點棘手的問題而呈現(xiàn)在我們面前。 對于從可編程邏輯到操作系統(tǒng)再到應(yīng)用軟件到系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)管理的廣闊研究方向， 如何把握自己也十分值得思考?，F(xiàn)在，時不我待！ 內(nèi)容僅供參考