嵌入式系統與FPGA的最新動向

　　筆者認為，如果真像Microchip所說的32 位單片機的應用難以移植，那ARM陣營的優勢會打一定的折扣。如果單挑，Microchip所選的MIPS公司的內核，在計算性能也是有優勢的。

　　MIPS公司對其IP(知識產權)核功耗高的錯覺進行了澄清。MIPS公司中國區市場總監費浙平稱，最近，全球第一款MIPS智能手機平臺來自于中國的客戶——北京君正，這用事實證明了MIPS架構的高性能、低功耗能力。

　　那么如何理解高性能、低功耗，MIPS公司在這方面的創新是什么?費浙平說，高性能和低功耗是必須放在一起考量的一對指標。歷史上MIPS一直被比較多地應用于高性能領域，比如15年前多數MIPS平臺就運行在100～200MHz以上，而那時候很多其他架構只需要運行在50MHz以下，顯然，200MHz的設計實現其絕對功耗是遠大于50MHz設計的，不管其結構體系本身多么有優勢。

　　多年來，MIPS比較多地被應用于絕對性能要求較高的地方，這就是關于“MIPS高功耗”歷史錯覺形成的主要原因。現在MIPS鼓勵使用“效率”來進行不同架構內核的比較，效率就是“性能/功耗”比，即單位能量能夠提供的計算能力。這樣大家就比較容易對不同的處理器架構進行橫向比較了。

　　一個系統的功耗效率從本質上決定于以下這些因素(如圖3所示)：基礎架構、并行處理能力、芯片后端設計和制造工藝、系統軟件設計。MIPS在基礎架構技術方面的優勢是比較公認的;在多核多線程兩項并行處理技術方面也領先一步(兩者結合可以既增加計算平行度，又減少CPU空轉時鐘周期數的浪費)。芯片后端設計和制造工藝對一個芯片性能和功耗的影響現在越來越大，不過這方面的影響與具體CPU架構無關，對任何芯片設計影響都是一樣的;同樣，軟件設計思想上的進步，也可以應用在所有不同CPU架構之上，是通用的。在MIPS現有產品系列中，像MIPS 1074K是雙發射超標量結合多核技術的產品，提供較高性能;MIPS 1004K是多線程和多核技術結合的產品，適合并行度高的任務系統。

　　ARM MCU未來什么樣?

　　如今，事實是越來越多的廠商擁抱ARM，那么這種現象的利弊是什么?有人擔憂ARM MCU會同質化，那么ARM MCU芯片如何實現差異化，以在競爭中脫穎而出?

　　Gartner半導體和電子研究總監 Adib Ghubril稱，實際上，絕大多數的成功芯片制造商都能夠開發出在特征豐富(feature-rich)和功能豐富(function-rich)之間取得平衡的組合產品。特征豐富的MCU所針對的各種應用中，諸如觸摸式或傳感器式控制模塊等外圍設備特征要優先于優化處理;而功能豐富的MCU所針對的各種應用中，處理周期必須如同發動機控制中一樣，要嚴格予以遵守。

　　第一階段，制造商可以通過將資源從處理模塊轉向外圍設備模塊來獲得效率上的提高——這是類似ARM核之類的標準處理模塊的有效之處;而在第二階段，掌握專利核心的制造商更有可能是要滿足嚴格的處理規范要求，并應該將資源從外設上轉移出來，將之轉移到處理模塊上——這時，授權芯核技術的左右就會降低。

　　軟件平臺給力多核嵌入式芯片的發展特點

　　定位ESA(嵌入式軟件自動化)的Mentor Graphics公司嵌入式軟件部總經理Glenn Perry的看法是，當前，集成了眾多外設并配有多核的片上系統(SoC)在市場上正在變得越來越普遍。這種硬件復雜性的增加也在軟件中體現了出來。所有客戶希望使用的硬件都必須通過軟件來調用。系統架構設計師會依據一定的性能標準、功耗標準或者需要使用的關鍵內置外設來選擇特定的SoC。他們希望操作系統能夠令他們選定的外設正常工作。

　　此外，多核已成為流行趨勢。Enea大中國區銷售總監張永軍給了一組數據，愛立信預計到2020年將有500億個連接的設備，同時思科認為移動數據流量到2014年將增加39倍，因此需要大量基礎設施投資。而要實現這些目標，多核技術的使用將是一個答案。今天所有的項目大約有10%~15%使用多核，在兩年內的預期將增長到40%。

　　Mentor的Glenn指出，不論對稱多處理模式(SMP)還是非對稱多處理模式(AMP)，操作系統都必須能夠支持附加的處理核心。

　　因此，支持SMP功能的CPU內核和專用加速芯片(如DSP加速芯片和圖形加速芯片)的數量將會越來越多。另一個趨勢是在片上系統中集成更多具備節能特性的外設，將系統功耗進一步降低。雖然節能是一件好事，但前提是軟件必須具備引導外設進入各種不同節能模式的能力，否則節能將無從談起。