嵌入式係統以各種類型的嵌入式處理器為核心,而隨著技術的發展,對於嵌入式處理器的性能及功耗的要求愈加嚴苛。目前,嵌入式處理器分為8位、16位、32位及64位等,8位微處理器/MCU市場已逐步趨向穩定,32位微處理器/MCU則代表著嵌入式技術的發展方向,據調查顯示,在亞洲各個地區,32位嵌入式處理器的應用明顯領先於其它架構。
當前,嵌入式處理器市場的趨勢之一,即高集成度的SoC芯片。SoC處理器由可設計重用的IP核組成,IP核是具有複雜係統功能的能夠獨立出售的VLSI塊,采用深亞微米以上工藝技術設計完成。SoC中可集成控製處理器內核,如ARM內核;計算用DSP內核,如CEVA內核;存儲器核或其複合IP核,同時具備接口等多種功能。
A R M公司作為IP供應商,其核心業務是IP核以及相關工具的開發和設計。半導體廠商通過購買ARM公司的IP授權來生產自己的 微處理器芯片。目前,ARM公司的IP核已由ARM7、ARM9發展到今天的A.R.M三大係列
。同時由單一的處理器內核向多核發展,為高端的嵌入式應用提供了強大的處理平台。
日前,德州儀器(TI)推出針對便攜式 高清(HD)視頻產品市場的最新達芬奇(DaVinci)處理器,具備ARM主機控製與全套開發工具。
DM355處理器由集成的視頻處理子係統、MPEG-4-JPEG協處理器(MJCP)、ARM926EJ-S內核以及多種外設組成,針對數碼相機、IP攝像機、數碼相框以及嬰兒視頻監護器等應用。其配套開發工具DM355數字視頻評估板(DVEVM)將有助於開發人員快速創建低成本便攜式高清數字視頻設備。
其他SoC產品包括:Tensilica公司和Tallika公司共同發布的基於Tensilica公司Xtensa處理器IP核的可配置安全SoC FPGA/ASIC平台。該方案包括一顆Tensilica帶有32位AHB/APB骨幹總線的Xtensa處理器IP核以及Tallika公司基於鏈表結構的DMA控製器。該安全FPGA平台基於Xilinx Virtex4 LX160 FPGA器件,並包含完整軟件庫以完成安全功能。
十月中旬,瑞薩科技公司推出專為車輛信息終端提供圖像識別處理功能的SoC產品SuperH係列SH77650,SH77650集成了SuperH係列的頂級CPU內核SH-4A。在300 MHz的最高工作頻率下其處理性能為540 MIPS,可提供與瑞薩科技現有的用於汽車導航係統的SH7774(600MHz工作)高性能SoC產品相同的圖像識別功能。
MCU及DSP
傳統的嵌入式微處理器可以分為微控製器MCU、微處理器MPU和數字信號處理器DSP,然而隨著時代的發展,為了實現更高性能,目前的趨勢之一,是期望單一芯片能同時實現DSP運算及MCU控製功能。雖然,DSP與MCU的發展仍相對獨立,但可以看到各大芯片製造商正在努力滿足用戶提出的新的要求。
十月中旬,TI推出了高性能、低成本TMS320C6452 DSP,該產品提供了優化的性價比方案,可滿足目前處理密集型多通道基礎局端與醫療成像係統的要求。C6452 DSP采用TI的增強型TMS320C64x+內核,與C6415T相比,其L1緩存提高了一倍,L2緩存提高了40%,從而為客戶輕鬆添加差異化特性預留了充分的空間。
恩 智浦則發布了LPC2900係列微控製器,進一步擴展了其ARM7和ARM9微控製器的廣泛生產線。LPC2900基於廣受歡迎的、高性能ARM968E-S處理 器,針對工業、醫療、發動機控製和汽車電子行業內的應用,為設計師提供一個具有高成本效益、高靈活性低功耗的解決方案。
飛思卡爾半導體的最新12款高性能ColdFire微處理器,旨在支持運行Linux 的低功耗、高性能嵌入式係統。新款ColdFire 微處理器在大約380 mW的功率上提供了410 Dhrystone MIPS(DMIPS)的內核性能,能夠輕鬆滿足開發人員的係統功率預算。 MCF5445x係列包括12款集成了豐富連通性外圍設備的先進微處理器,具有片上存儲管理單元,以支持有保護的存儲操作係統,如Linux OS。
與此同時,Atmel擴大了其麵向高安全性係統的 AT91SO安全微控製器產品係列陣容,新型AT91SO25、AT91SO50 和 AT91SO51 基於Atmel的ARM SecurCo re SC100 CPU 核,擁有256Kbyte用於程序與數據的 EEPROM,32 Kbyte 用於片上 Atmel 庫的 ROM,以及 100 Kbyte 的 RAM。它們包含 USB、SPI、USART、I/O 端口、磁條以及智能卡接口等專用 外圍設備。這些設備整合了強大的安全機製來滿足 Comm on Criteria EAL4+ 標準,其中包括入侵傳感器、專用硬件保護、實時時鍾以及備用電池等。
多核處理器架構
供應商們為了提供更高性能,無可避免的要麵對功耗挑戰。目前,隨著市場的發展,單純通過提高時鍾速率提升性能的方式,將帶來極大的功耗問題。為此,各廠商正努力以新的方式尋求突破,當前市場主流的方法即采取多核處理器架構。
在 美國加州聖克拉拉(Santa Clara)舉行的第四屆ARM開發者大會上,ARM即發布了其新款Cortex-A9處理器係列 。全新的ARM Cortex-A9 MPCore多核處理器與ARM Cortex-A9單核處理器能在嚴格的功率限製下提供超高性能。Cortex-A9處理器提供了具有高擴展性和高功耗效率的解決方案。利用動態長度、八級超標量結構、多事件管道及推斷性亂序執行,能在頻率超過1GHz的設備中,在每個循環下執行多達四條指令,同時還能減少目前主流八級處理器的成本並提高效率。
今 年上半旬,MIPS推出新型RISC的32位MPU內核,該IP核包含一個超標量體係結構以及用於一係列高性能應用的亂序技術。MIPS32 74K產品線由 兩個可合成的1.04GHz內核74Kc和74K組成。74Kc是基本整數核,而74Kf則是整型核與高性能浮點單元的結合。74 k以TSMC的65nm工藝技術為基礎,由一個超標量體係結構及具備增強型DSP指令的17級管線架構構成。
同時,今年內Intel推出用於嵌入式計算的第一個四核處理器Quad-Core Xeon處理器5300係列。 Xeon E5335和E5345具有雙處理能力,提供8MB L 2高速緩存,前端總線速度為1333MHz。E5345的運行頻率為2.33GHz,E 5335的運行頻率為2GHz,適用於高端通信、企業係統內的密集計算和I/O密集工作量,包括機架安裝服務器和刀片服務器、NAS、SAN和醫療成像設備等。
針 對汽車應用,飛思卡爾和位於法蘭克福的大陸汽車係統EBS事業部聯合設計了一款高性能、多核微控製器,優化了EBS應用。SPACE設備在Power Architecture技術的基礎上集成了3個e200內核,使其成為業界第一款三核汽車MCU。這款高度集成的SPACE設備包含3 MB的閃存、96kB的SRAM、先進的FlexRay技術和大陸汽車獨特的故障安全技術,滿足了安全完整性水平3 (SIL3 )應用的所有要求。
除各大廠商外,新創公司也將其注意力投向多核領域,期望以其獨特方案,搶占多核市場。
新創公司Tilera的首席技術專家Anant Agarwal長期在麻省理工學院(MIT)從事多內核研究工作,在最近的熱門芯片大會上,Tilera發布了大規模並行通用嵌入式處理器。Tile64中的每個內核實際上支持五個並行的32位信道,這些信道分別傳輸中斷、內存、I/O以及其它數據流。由於64個內核中的每個核之間有五個雙向連接,該芯片能支持32Tbps的總帶寬。
同為新創公司的Cavium則為存儲和通訊市場推出了嵌入式處理器係列,該係列基於MIPS的64位架構,由包括從2個內核到12內核的7款器件組成,提供存儲應用加速、10Gb XAUI、PCI Express和雙DDR2存儲器等功能,應用範圍包括光纖通道、以太網盤陣列、RAID控製器、多協議開關和iSCSI適配器。
8位及64位處理器
九月下旬,Microchip宣布推出充分利用Microchip最新工藝技術的8款PIC18F高性能8位單片機。新係列單片機備有28、40和44引腳封裝,融合先進的納瓦技術特性,包括電源管理模式、1.8V至3.6V工作電壓範圍及高效的片上外設。通過內置振蕩器在3V的工作電壓下可實現16 MIPS(64 MHz)的速度,是通用控製以及各種電池驅動或低功耗應用的理想選擇。
AMD Athlon 64及AMD Athlon 64 X2雙核處理器是AMD麵向高端嵌入式領域推出的高性能64位器件,具有出色的處理功耗、I/O通信、存儲及擴展性能。與此同時,在近期舉行的嵌入式係統會議中,AMD宣布將新增三款低功耗AMD Athlon 64處理器。新款處理器能令嵌入式係統研發人員在8瓦的散熱規格下,發揮AMD64技術所具備的各項優勢。