详解嵌入式系统的发展特点及架构

Tensilica 公司的主力产品线为Xtensa，该产品可让系统设计工程师可以挑选所需的单元架构，再加上自创的新指令与硬件执行单元，就可以设计出比其它传统方式强大数倍的处理器核心。Xtensa 生产器可以针对每一个处理器的特殊组合，自动有效地产生出一套包括操作系统，完善周全的软件工具。 Xtensa 为一32位处理器，该结构特色是有一套专门为嵌入式系统设计、精简且效能表现不错的16与24位指令集。其基本结构拥有80个 RISC 指令，其中包括 32位 ALU，6个管理特殊功能的缓存器，32或64个普通功能32位缓存器。这些32位缓存器都设有加速运行功能的信道。Xtensa 处理器的指令相当精简，系统设计师可以以此缩减程序代码的长度，从而提高指令的密集度并降低功耗。相对于高合成的单芯片系统ASIC而言，能达到有效减低成本。 Xtensa 的指令集构架包括有效的分支指令，例如：经合成的比较 - 分歧循环、零开销循环和二进制处理，包括漏斗切换和字段抽段操作等。浮点运算单元与向量 DSP 单元是 Xtensa 结构上两个可以加选的处理单元，可以加强在特定应用的效能表现。

6、CISC家族之X86

X86 处理器应用在嵌入式系统的历史相当悠久，以Intel为例，其Pentium3时代的处理器与芯片组，至今仍活跃在许多工控电脑产业中。而随着两大X86 厂商放弃RISC产品线，并积极规划移动应用产品，X86进入到消费性电子嵌入式市场就不再只是传言。当然，X86处理器普遍都还是有功耗过高，且芯片数量庞大的缺点，不适合应用在要求精简省电的嵌入式架构中，但随着发展，这一切都有了根本上的改变。 尽管Pentium4是 Intel相对失败之作，但Pentium3依旧是市场的最爱，就连Intel本身也舍不得放弃Pentium3的微架构，如今已经经过数次的翻新与修改，即便是最新的4核心产品，依然有Pentium3的影子存在。卖旧式架构产品，对Intel来说，其实不无小补，由于旧架构经过长久验证，不需重新设计，且在生产上的成本非常低，制程提升还可以进一步拉抬芯片产量，但不止Intel有旧架构产品，AMD其实也运用同样的手法来经营其AthlonXP处理器，但是Intel决心要让对手难以追赶，因此规划了一系列以移动产品应用为主的嵌入式处理器。 Intel过去在X86产品规划上，其实几乎从未接触过移动通讯应用，即便是雷声大雨点小的UMPC产品，也都不含移动通讯功能，在这边我们指的是诸如3G、3.5G的通讯能力，而当Intel主推的WiMAX正式被纳入3G标准之一，也让Intel重新考虑该公司的移动应用产品。在最近的技术展示中，即便是最接近手机设计的MID (Mobile Intel Device)装置，也都仅定位于移动上网工具，而非行动通讯系统。 但是根据Intel的最新规划，MID 平台已经从单纯的行动上网，转而将会跨进现有的BlackBerry (黑莓)及 I-Phone 的相同市场，前者拥有强大的网际网络通讯能力，而 I-Phone 则是拥有强大的多媒体能力，但是Intel的MID平台基本上是一部微型X86计算机系统，在功能性可以达到相当全面的地步，且具备了ARM、MIPS等处理器架构难以满足的X86软件兼容资源，导入移动通讯只不过是在目前的硬件规划基础上，进行软件模块的增加而已。传统移动通讯产品厂商在相关软硬件投入的资本非常庞大，是否采用Intel架构还有待观察，当然，如果像Nokia与Motorola也投入此一架构，在推广上也将会如虎添翼。 Intel针对移动应用的最新处理器为Stealey，目前该产品线有两款产品，分别是600MHz的A100与 800MHz的A110，理论上来说，Stealey 只不过是Centrino体系中祖父级Dothan(都是基于Pentium3的架构)处理器的超级精简兼时钟降低版，主要是得利于90纳米制程，架构技术上并无太多特点，而下一代的Silverthorne则是直接将此Stealey转以45纳米制程，并在架构上加入64位处理能力，算是真正比较有诚意的产品。 但是以目前来看，Intel的移动应用平台其实表现并不出色，过高的功耗与温度仍然是应用在移动终端上的隐忧，Silverthorne是必要针对此两点进行变革，否则要应用在MID产品上，只怕又会继UMPC之后，成为业界另一个叫好不叫座案例。

7、CISC家族之VIA

目前仍存活的X86处理器厂商，除了身为世界第一大半导体厂的Intel以外，其余两家都活的相当辛苦，尤其以台湾的VIA(威盛)为最，该公司在处理器产品线的经营上，向来遭受大厂的打压， VIA 过去所推出的一系列低功耗处理器，虽然效能偏低，但是其功耗控制能力非常优秀，远远超过Intel以及AMD这两家CPU大厂，如今世界潮流逐渐从效能取向走往绿色环保取向，VIA终于也是媳妇熬成婆，除了在一般低价PC获得满堂彩以外，在UMPC以及嵌入式系统方面，也都能提供相当优秀的解决方案。 VIA 的主流产品线为C7-M处理器，该款处理器共分两个型号——普通版本及Ultra Low Voltage版本，C7-M普通版本型号拥有 1.5GHz/400MHz FSB、1.6GHz/533MHz FSB、1.867GHz/533MHz FSB及最高速度的 2GHz/533MHz FSB，电压由1.004V至1.148V，最高功耗由12W至20W，在P-State模式下电压会下调至0.844V，而功耗则只有5W。 Ultra Low Voltage版本的C7-M处理器，拥有1GHz/400MHz FSB、 1.2GHz/400MHz FSB及1.5GHz/400MHz FSB，ULV版本工作电压只需要0.908V至0.956V，最高功耗由5W至7W 左右。而ULV之中还会有一个Super ULV的C7-M 1GHz，型号为C7-M ULV 779，工作电压可低至0.796V，最高功耗仅有 3.5W。由于这些特点，使其在低价计算机、嵌入式应用领域中，成为不能忽视的第三势力。

8、CISC家族之AMD

AMD 是在主流市场上，唯一能与Inte抗衡的X86处理器厂商，然而在购并ATI之后，其表现只能算差强人意，以目前所规划的主流产品线而言(包含CPU与 GPU)，其实都是处于挨打的状态。毕竟AMD具有业界最佳的技术均衡性，既有先进的处理器技术，又是GPU技术第二领导者，兼以效能表现相当优秀的主机板芯片产品，以及自有的晶圆厂，虽不及Intel霸气，仍然占有很大市场份额。 在嵌入式应用方面，其实过去AMD有向MIPS 授权其IP，开发出Alchemy产品线，算是直接向Intel过去的ARM架构Xscale直接叫阵的一款产品，然而此产品并未掳获市场眼光，在应用上一向偏弱势，后来AMD也将之摆脱，开始利用自己的X86处理器来经营嵌入式应用领域。 AMD在嵌入式X86处理器方面的产品线为Geode，基本上这是一款整合度相当高的SoC产品，但是速度偏低，效能表现不佳，功能也未能比VIA的产品出色，定位相当尴尬。针对移动平台开发的X86处理核心，代号为“Botcat”，不过目前信息还不完备，因此只能从时间点推论，该处理器将有可能使用简化降频版的K8核心，但推出时间在今年，明显比对手晚了许多，若要整合K10核心，可能就要等到2009年 之后。 不过AMD购并ATI之后，得以将Fusion 的概念带给消费者，Fusion算是身兼AMD与ATI二者之长，具备了先进的处理器核心、高效能的绘图核心，以及I/O控制能力，从低功耗的嵌入式应用，到高功耗的效能级产品，都是Fusion的产品守备范围内，但Fusion最早要到2009年才会进入市场。