嵌入式系统与FPGA的最新动向

　　笔者认为，如果真像Microchip所说的32 位单片机的应用难以移植，那ARM阵营的优势会打一定的折扣。如果单挑，Microchip所选的MIPS公司的内核，在计算性能也是有优势的。

　　MIPS公司对其IP(知识产权)核功耗高的错觉进行了澄清。MIPS公司中国区市场总监费浙平称，最近，全球第一款MIPS智能手机平台来自于中国的客户——北京君正，这用事实证明了MIPS架构的高性能、低功耗能力。

　　那么如何理解高性能、低功耗，MIPS公司在这方面的创新是什么?费浙平说，高性能和低功耗是必须放在一起考量的一对指标。历史上MIPS一直被比较多地应用于高性能领域，比如15年前多数MIPS平台就运行在100～200MHz以上，而那时候很多其他架构只需要运行在50MHz以下，显然，200MHz的设计实现其绝对功耗是远大于50MHz设计的，不管其结构体系本身多么有优势。

　　多年来，MIPS比较多地被应用于绝对性能要求较高的地方，这就是关于“MIPS高功耗”历史错觉形成的主要原因。现在MIPS鼓励使用“效率”来进行不同架构内核的比较，效率就是“性能/功耗”比，即单位能量能够提供的计算能力。这样大家就比较容易对不同的处理器架构进行横向比较了。

　　一个系统的功耗效率从本质上决定于以下这些因素(如图3所示)：基础架构、并行处理能力、芯片后端设计和制造工艺、系统软件设计。MIPS在基础架构技术方面的优势是比较公认的;在多核多线程两项并行处理技术方面也领先一步(两者结合可以既增加计算平行度，又减少CPU空转时钟周期数的浪费)。芯片后端设计和制造工艺对一个芯片性能和功耗的影响现在越来越大，不过这方面的影响与具体CPU架构无关，对任何芯片设计影响都是一样的;同样，软件设计思想上的进步，也可以应用在所有不同CPU架构之上，是通用的。在MIPS现有产品系列中，像MIPS 1074K是双发射超标量结合多核技术的产品，提供较高性能;MIPS 1004K是多线程和多核技术结合的产品，适合并行度高的任务系统。

　　ARMMCU未来什么样?

　　如今，事实是越来越多的厂商拥抱ARM，那么这种现象的利弊是什么?有人担忧ARMMCU会同质化，那么ARMMCU芯片如何实现差异化，以在竞争中脱颖而出?

　　Gartner半导体和电子研究总监 Adib Ghubril称，实际上，绝大多数的成功芯片制造商都能够开发出在特征丰富(feature-rich)和功能丰富(function-rich)之间取得平衡的组合产品。特征丰富的MCU所针对的各种应用中，诸如触摸式或传感器式控制模块等外围设备特征要优先于优化处理;而功能丰富的MCU所针对的各种应用中，处理周期必须如同发动机控制中一样，要严格予以遵守。

　　第一阶段，制造商可以通过将资源从处理模块转向外围设备模块来获得效率上的提高——这是类似ARM核之类的标准处理模块的有效之处;而在第二阶段，掌握专利核心的制造商更有可能是要满足严格的处理规范要求，并应该将资源从外设上转移出来，将之转移到处理模块上——这时，授权芯核技术的左右就会降低。

　　软件平台给力多核嵌入式芯片的发展特点

　　定位ESA(嵌入式软件自动化)的Mentor Graphics公司嵌入式软件部总经理Glenn Perry的看法是，当前，集成了众多外设并配有多核的片上系统(SoC)在市场上正在变得越来越普遍。这种硬件复杂性的增加也在软件中体现了出来。所有客户希望使用的硬件都必须通过软件来调用。系统架构设计师会依据一定的性能标准、功耗标准或者需要使用的关键内置外设来选择特定的SoC。他们希望操作系统能够令他们选定的外设正常工作。

　　此外，多核已成为流行趋势。Enea大中国区销售总监张永军给了一组数据，爱立信预计到2020年将有500亿个连接的设备，同时思科认为移动数据流量到2014年将增加39倍，因此需要大量基础设施投资。而要实现这些目标，多核技术的使用将是一个答案。今天所有的项目大约有10%~15%使用多核，在两年内的预期将增长到40%。

　　Mentor的Glenn指出，不论对称多处理模式(SMP)还是非对称多处理模式(AMP)，操作系统都必须能够支持附加的处理核心。

　　因此，支持SMP功能的CPU内核和专用加速芯片(如DSP加速芯片和图形加速芯片)的数量将会越来越多。另一个趋势是在片上系统中集成更多具备节能特性的外设，将系统功耗进一步降低。虽然节能是一件好事，但前提是软件必须具备引导外设进入各种不同节能模式的能力，否则节能将无从谈起。