嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)及架構(gòu)分析

嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)及架構(gòu)分析

?? 嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到當(dāng)今各個(gè)領(lǐng)域，與我們的生活息息相關(guān)，小到掌上的數(shù)字產(chǎn)品，大到汽車、航天飛機(jī)。 提到嵌入式系統(tǒng)我們很快會(huì)聯(lián)想到單片機(jī)，不錯(cuò)，MCU是最基礎(chǔ)和常用的嵌入式系統(tǒng)，但是目前像FPGA、ARM、DSP、MIPS等其他嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛。嵌入式系統(tǒng)與模擬電路或其他功能電路組成的SoC（System on Chip,片上系統(tǒng)）或SiP（System in Package，系統(tǒng)級(jí)封裝）在手機(jī)、機(jī)頂盒等功能復(fù)雜的產(chǎn)品上的應(yīng)用也越來越多。

????? 總的來說，嵌入式系統(tǒng)發(fā)展呈現(xiàn)如下特點(diǎn)： ·由8位處理向32位過渡 ·由單核向多核過渡 ·向網(wǎng)絡(luò)化功能發(fā)展 ·MCU、FPGA、ARM、DSP等齊頭并進(jìn) ·嵌入式操作系統(tǒng)呈多元化趨勢(shì) 所有的嵌入式處理器都是基于一定的架構(gòu)的，即IP核（Intellectual Property，知識(shí)產(chǎn)權(quán)），生產(chǎn)處理器的廠家很多，但擁有IP核的屈指可數(shù)。有自己的IP核，光靠賣IP核即可坐擁城池。 嵌入式系統(tǒng)的架構(gòu)有專有架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)之分，在MCU（微控制器）產(chǎn)品上，像瑞薩（Renesas）、飛思卡爾（Freescale）、NEC都擁有自己得專有IP核，而其他嵌入式處理器都是基于標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)。

????? 標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)有兩大體系，目前占主要地位的是所謂RISC（Reduced Instruction Set Computer，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）處理器。RISC體系的陣營(yíng)非常廣泛，從ARM、MIPS、PowerPC、ARC、Tensilica等等，都是屬于RISC處理器的范疇。不過這些處理器雖然同樣是屬于RISC體系，但是在指令集設(shè)計(jì)與處理單元的結(jié)構(gòu)上都各有不同，因此彼此完全不能兼容，在特定平臺(tái)上所開發(fā)的軟件無法直接為另一硬件平臺(tái)所用，而必須經(jīng)過重新編譯。

????? 其次是CISC（Complex Instruction Set Computer，復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)）處理器體系，我們所熟知的Intel的X86處理器就屬于CISC體系，CISC體系其實(shí)是非常低效率的體系，其指令集結(jié)構(gòu)上背負(fù)了太多包袱，貪大求全，導(dǎo)致芯片結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度被極大的提升。過去被應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)的X86處理器，多為舊世代的產(chǎn)品，比如說，工業(yè)計(jì)算機(jī)中仍可常見數(shù)年前早已退出個(gè)人計(jì)算機(jī)市場(chǎng)的Pentium3處理器。由于此世代的產(chǎn)品效能與功耗比可以說是過去X86體系的甜蜜點(diǎn)，加上已經(jīng)被市場(chǎng)長(zhǎng)久驗(yàn)證，穩(wěn)定性高，故常被應(yīng)用于效能需求不高，但穩(wěn)定性要求高的應(yīng)用中，如工控設(shè)備等產(chǎn)品。

????? 1、RISC家族之ARM處理器 ARM 公司于1991年成立于英國(guó)劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。目前，采用ARM技術(shù)智能財(cái)產(chǎn)（IP）核心的處理器，即我們通常所說的ARM處理器，已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng)，基于ARM技術(shù)的處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位RISC微處理器75％以上的市場(chǎng)，ARM技術(shù)不止逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面，我們甚至可以說，ARM于人類的生活環(huán)境中，已經(jīng)是不可或缺的一環(huán)。

????? 目前市面上常見的ARM處理器架構(gòu)，可分為ARM7、ARM9以及ARM11，新推出的Cortex系列尚在進(jìn)行開發(fā)驗(yàn)證，市面上還未有相關(guān)產(chǎn)品推出。ARM也是嵌入式處理器中首先推出多核心架構(gòu)的廠商。ARM 首個(gè)多核心架構(gòu)為ARM11 MPCore，架構(gòu)于原先的ARM11處理器核心之上。ARM11核心是發(fā)布于2002年10月份，為了進(jìn)一步提升效能，其管線長(zhǎng)度擴(kuò)展到8階，處理單元?jiǎng)t增加為預(yù)取、譯碼、發(fā)送、轉(zhuǎn)換/MAC1、執(zhí)行/MAC2、內(nèi)存存取/MAC3和寫入等八個(gè)單元，體系上屬于 ARM V6指令集架構(gòu)。ARM11采用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的0.13μm制造制程，運(yùn)行頻率最高可達(dá)500到700MHz。如果采用90nm制程，ARM11核心的工作頻率能夠輕松達(dá)到1GHz以上—對(duì)于嵌入式處理器來說，這顯然是個(gè)相當(dāng)驚人的程度，不過顯然1GHz在ARM11體系中不算是個(gè)均衡的設(shè)定，因此幾乎沒有廠商推出達(dá)到1GHz的ARM11架構(gòu)處理器。

????? ARM11的邏輯核心也經(jīng)過大量的改進(jìn)，其中最重要的當(dāng)屬“靜/動(dòng)態(tài)組合轉(zhuǎn)換的預(yù)測(cè)功能”。ARM11的執(zhí)行單元包含一個(gè)64位、4種狀態(tài)的地址轉(zhuǎn)換緩沖，它主要用來儲(chǔ)存最近使用過的轉(zhuǎn)換地址。當(dāng)采用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換預(yù)測(cè)機(jī)制而無法在尋址緩沖內(nèi)找到正確的地址時(shí)，靜態(tài)轉(zhuǎn)換預(yù)測(cè)功能就會(huì)立刻接替它的位置。在實(shí)際測(cè)試中，單純采用動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率為88%，單純采用靜態(tài)預(yù)測(cè)機(jī)制的準(zhǔn)確率 只有77%，而ARM11的靜/動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)組合機(jī)制可實(shí)現(xiàn)92%的高準(zhǔn)確率。針對(duì)高時(shí)脈速度帶來功耗增加的問題，ARM11采用一項(xiàng)名為“IEM （Intelligent Energy Manager）”的智能電源管理技術(shù)，該技術(shù)可根據(jù)任務(wù)負(fù)荷情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)處理器的電壓，進(jìn)而有效降低自身的功耗。這一系列改進(jìn)讓ARM11的功耗效能比得以繼續(xù)提高，平均每MHz只需消耗0.6mW（有快取時(shí)為0.8mW）的電力，處理器的最高效能可達(dá)到 660 Dhrystone MIPS，遠(yuǎn)超過上一代產(chǎn)品。 至于ARM11 MPCore，其在架構(gòu)上與ARM11同樣屬于 V6指令體系。根據(jù)不同應(yīng)用的需要，MPCore可以被配置為1-4個(gè)處理器的組合方式，根據(jù)官方資料，其最高性能約可達(dá)到 2600 Dhrystone MIPS的程度。MPCore是標(biāo)準(zhǔn)的同質(zhì)多核心處理器，組成MPCore的是4個(gè)基于ARM11架構(gòu)的處理器核心，由于多核心設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是在頻率不變的情況下讓處理器的性能獲得明顯提升，因此可望在多任務(wù)應(yīng)用中擁有良好的表現(xiàn)，這一點(diǎn)很適合未來家庭消費(fèi)電子的需要。例如，機(jī)頂盒在錄制多個(gè)頻道電視節(jié)目的同時(shí)，還可通過互聯(lián)網(wǎng)收看數(shù)字視頻點(diǎn)播節(jié)目、車內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)在提供導(dǎo)航功能的同時(shí)，仍然有余力可以向后座乘客播放各類視頻碼流等。

????? 2、RISC家族之MIPS處理器 MIPS是美國(guó)歷史悠久的RISC處理器體系，其架構(gòu)的設(shè)計(jì)，也如美國(guó)人的性格一般，相當(dāng)?shù)拇髿馇依硐牖?。MIPS架構(gòu)起源，可追溯到1980年代，斯坦福大學(xué)和伯克利大學(xué)同時(shí)開始RISC架構(gòu)處理器的研究。 MIPS公司成立于1984年，隨后在 1986年推出第一款R2000處理器，在1992年時(shí)被SGI所并購(gòu)，但隨著MIPS架構(gòu)在桌面市場(chǎng)的失守，后來在1998年脫離了SGI，成為MIPS技術(shù)公司，并且在1999年重新制定 公司策略，將市場(chǎng)目標(biāo)導(dǎo)向嵌入式系統(tǒng)，并且統(tǒng)一旗下處理器架構(gòu)，區(qū)分為 32-bit以及64-bit兩大家族，以技術(shù)授權(quán)成為主要營(yíng)利模式。

????? MIPS除了在手機(jī)中應(yīng)用得比例極小外，其在一般數(shù)字消費(fèi)性、網(wǎng)絡(luò)語音、個(gè)人娛樂、通訊、與商務(wù)應(yīng)用市場(chǎng)有著相當(dāng)不錯(cuò)的成績(jī)，不過近年來因?yàn)槠渌麵P授權(quán)公司的興起，其占有比率稍有衰退。MIPS應(yīng)用最為廣泛的應(yīng)屬家庭視聽電器（包含機(jī)頂盒）、網(wǎng)通產(chǎn)品以及汽車電子方面。 對(duì)于MIPS，其核心技術(shù)強(qiáng)調(diào)的是多執(zhí)行緒處理能力（Multiple issue,國(guó)內(nèi)也通常稱作多發(fā)射核技術(shù)，以下以此稱謂）。一般來說，多核心與多發(fā)射是兩個(gè)并不是互斥的體系，可以彼此結(jié)合，然而在嵌入式領(lǐng)域，ARM與MIPS這兩大處理器IP廠商對(duì)這兩個(gè)架構(gòu)的態(tài)度不同，造成這兩個(gè)架構(gòu)在嵌入式市場(chǎng)上對(duì)抗的結(jié)果。

????? MIPS 的多發(fā)射體系為MIPS34K系列，此為32位架構(gòu)處理器，從架構(gòu)上來看，其實(shí)多發(fā)射核技術(shù)只是為了盡量避免處理單元閑置浪費(fèi)而為的折衷手段，就是將處理器中的閑置處理單元，分割出來虛擬為另一個(gè)核心，以提高處理單元的利用率。在技術(shù)上，為了實(shí)現(xiàn)硬件多重處理，多核心與多發(fā)射兩者對(duì)于軟件最佳化的復(fù)雜度方面同樣都比單核心架構(gòu)來得復(fù)雜許多。 34K核心能執(zhí)行現(xiàn)有的對(duì)稱式二路SMP操作系統(tǒng)（OSes）與應(yīng)用軟件，通過操作系統(tǒng)的主動(dòng)管理，現(xiàn)有的應(yīng)用軟件也能善用多發(fā)射處理能力。它亦能應(yīng)用在多個(gè)執(zhí)行線程各自有不同角色的（AMP或非對(duì)稱式多重處理）環(huán)境下。此外，34K核心能設(shè)定一或兩個(gè)虛擬處理組件（VPE）以及多至5個(gè)線程內(nèi)容（Thread Content），提供相當(dāng)高的設(shè)計(jì)彈性。MIPS的多發(fā)射在任務(wù)切換時(shí)，有多余的硬件緩存器可以記錄執(zhí)行狀態(tài)，避免切換任務(wù)時(shí)，因?yàn)楸仨氈匦录虞d指令，或者是重新執(zhí)行某部分的工作，造成整個(gè)執(zhí)行線程的延遲。不過即便能夠達(dá)到同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)的能力，多發(fā)射處理器本質(zhì)上仍然是單核心處理器，在單一執(zhí)行緒面臨高負(fù)載時(shí)，其它執(zhí)行緒的處理時(shí)間就有可能會(huì)被壓縮，甚至被暫停。而不同執(zhí)行緒在執(zhí)行的過程中，諸如內(nèi)存鎖定、解鎖以及同步等處理過程在多發(fā)射體系上也會(huì)發(fā)生，因此在極端情況下，多發(fā)射的性能是明顯比不上原生多核心架構(gòu)的（以兩個(gè)執(zhí)行緒對(duì)兩個(gè)核心的比較而言）。 不過多發(fā)射體系的優(yōu)點(diǎn)在于硬件效率高，理論上功耗也能有效降低。部分IC設(shè)計(jì)公司也推出了基于MIPS架構(gòu)的平行架構(gòu)多核心，形成兼具多核與多發(fā)射的應(yīng)用架構(gòu)，相信在未來這種體系將會(huì)納入MIPS的原生架構(gòu)當(dāng)中，以應(yīng)付更復(fù)雜的應(yīng)用。

3、RISC家族之PowerPC PowerPC 是一種RISC多發(fā)射體系結(jié)構(gòu)。二十世紀(jì)九十年代，IBM（國(guó)際商用機(jī)器公司）、Apple（蘋果公司）和Motorola（摩托羅拉）公司開發(fā) PowerPC芯片成功，并制造出基于PowerPC的多處理器計(jì)算機(jī)。PowerPC架構(gòu)的特點(diǎn)是可伸縮性好、方便靈活。第一代PowerPC采用 0.6微米的生產(chǎn)工藝，晶體管的集成度達(dá)到單芯片300萬個(gè)。Motorola公司將PowerPC內(nèi)核設(shè)計(jì)到SOC芯片之中，形成了 Power QUICC（Quad Integrated Communications Controller）, Power QUICC II和 Power QUICC III家族的數(shù)十種型號(hào)的嵌入式通信處理器。 Motorola的基于PowerPC體系結(jié)構(gòu)的嵌入式處理器芯片有MPC505、821、850、860、8240、8245、8260、8560等近幾十種產(chǎn)品，其中MPC860是Power QUICC 系列的典型產(chǎn)品，MPC8260是Power QUICC II系列的典型產(chǎn)品，MPC8560是Power QUICC III系列的典型產(chǎn)品。 Power QUICC 系列微處理器一般有三個(gè)功能模塊組成，嵌入式PowerPC核（EMPCC）, 系統(tǒng)接口單元（SIU）以及通信處理器（CPM）模塊，這三個(gè)模塊內(nèi)部總線都是32位。除此之外Power QUICC中還集成了一個(gè)32位的RISC內(nèi)核。Power PC核主要執(zhí)行高層代碼，而RISC則處理實(shí)際通信的低層通信功能，兩個(gè)處理器內(nèi)核通過高達(dá)8K字節(jié)的內(nèi)部雙口RAM相互配合，共同完成MPC854強(qiáng)大的通行控制和處理功能。CPM以RISC控制器為核心構(gòu)成，除包括一個(gè)RISC控制器外，還包括七個(gè)串行DMA（SDMA）通道、兩個(gè)串行通信控制器（SCC）、一個(gè)通用串行總線通道（USB）、兩個(gè)串行管理控制器（SMC）、一個(gè)I2C接口和一個(gè)串行外圍電路（SPI），可以通過靈活的編程方式實(shí)現(xiàn)對(duì)Ethemet、USB、T1/E1,ATM等的支持以及對(duì)UART, HDLC等多種通信協(xié)議的支持。 Power QUICCII 完全可以看作是Power QUICC的第二代，在靈活性、擴(kuò)展能力、集成度等方面提供了更高的性能。Power QUICC 11同樣由嵌入式的PowerPC核和通信處理模塊CPM兩部分集成而來。這種雙處理器器的結(jié)構(gòu)由于CPM承接了嵌入式Power PC核的外圍接口任務(wù)，所以較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加省電。CPM交替支持三個(gè)快速串行通信控制器 （FCC），二個(gè)多通道控制器（MCC），四個(gè)串行通信控制器（SCC），二個(gè)串行管理控制器（SMC），一個(gè)串行外圍接口電路（SPI）和一個(gè)12C接口。嵌入式的Power PC核和通信處理模塊（CPM）的融和，以及Power QUICCII的其他功能、性能縮短了技術(shù)人員在網(wǎng)絡(luò)和通信產(chǎn)品方面的開發(fā)周期。 同Power QUICCII相比，Power QUICCIII集成度更高、功能更強(qiáng)大、具有更好的性能提升機(jī)制。Power QUICCIII中的CPM較Power QUICCII產(chǎn)品200MHz的CPM的運(yùn)行速度提升了66%，達(dá)到333MHz，同時(shí)保持了與早期產(chǎn)品的向后兼容性。這使得客戶能夠最大范圍的延續(xù)其現(xiàn)有的軟件投入、簡(jiǎn)化未來的系統(tǒng)升級(jí)、又極大的節(jié)省開發(fā)周期。Power QUICCIII通過微代碼具有的可擴(kuò)展性和增加客戶定制功能的特性，能夠使客戶針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)出各具特色的產(chǎn)品。這種從Power QUICC II開始就有的微代碼復(fù)用功能，已經(jīng)成為簡(jiǎn)化和降低升級(jí)成本的主要設(shè)計(jì)考慮。 PowerPC一般應(yīng)用在服務(wù)器或運(yùn)算能力強(qiáng)大的專用計(jì)算機(jī)上，以及游戲機(jī)上。

????? 4、RISC家族之ARC 架構(gòu) 與其它RISC處理器技術(shù)相較起來，ARC的可調(diào)整式（Configurable）架構(gòu)，為其在變化多端的芯片應(yīng)用領(lǐng)域中爭(zhēng)得一席之地。其可調(diào)整式架構(gòu)主要著眼于不同的應(yīng)用，需要有不同的功能表現(xiàn)，固定式的芯片架構(gòu)或許可以面面俱到，但是在將其設(shè)計(jì)進(jìn)入產(chǎn)品之后，某些部分的功能可能完全沒有使用到的機(jī)會(huì)，即使沒有使用，開發(fā)商仍需支付這些〝多余〞部分的成本，形成了浪費(fèi)。 由于制程技術(shù)的進(jìn)步，芯片體積的微縮化，讓半導(dǎo)體廠商可以利用相同尺寸的晶圓切割出更多芯片，通過標(biāo)準(zhǔn)化，則是有助于降低芯片設(shè)計(jì)流程，單一通用IP所設(shè)計(jì)出來的處理器即可應(yīng)用于各種用途，不需要另辟產(chǎn)能來生產(chǎn)特定型號(hào)或功能的產(chǎn)品，大量生產(chǎn)也有助于降低單一芯片的成本，而這也是目前嵌入式處理器的共通現(xiàn)象。 在ARC的設(shè)計(jì)概念中，是追求單一芯片成本的最小化，量體裁衣，這需要在設(shè)計(jì)階段依靠特定EDA軟件才能做到。

????? ARC 近期也推出了基于700系列的多媒體應(yīng)用加速處理器，其中整合了ARC 700通用處理核心，以及高速SIMD處理單元，可以在低時(shí)鐘下輕松進(jìn)行諸如藍(lán)光光盤的H.264編譯碼處理，此架構(gòu)稱為VideoSubsystem，基本上該應(yīng)用處理器就可以擔(dān)任通用運(yùn)算工作，不過也可以與其它諸如ARM或 MIPS體系進(jìn)行連結(jié)，以滿足應(yīng)用程序的兼容性與影音數(shù)據(jù)流的加速。

?3、RISC家族之PowerPC PowerPC 是一種RISC多發(fā)射體系結(jié)構(gòu)。二十世紀(jì)九十年代，IBM（國(guó)際商用機(jī)器公司）、Apple（蘋果公司）和Motorola（摩托羅拉）公司開發(fā) PowerPC芯片成功，并制造出基于PowerPC的多處理器計(jì)算機(jī)。PowerPC架構(gòu)的特點(diǎn)是可伸縮性好、方便靈活。第一代PowerPC采用 0.6微米的生產(chǎn)工藝，晶體管的集成度達(dá)到單芯片300萬個(gè)。Motorola公司將PowerPC內(nèi)核設(shè)計(jì)到SOC芯片之中，形成了 Power QUICC（Quad Integrated Communications Controller）, Power QUICC II和 Power QUICC III家族的數(shù)十種型號(hào)的嵌入式通信處理器。 Motorola的基于PowerPC體系結(jié)構(gòu)的嵌入式處理器芯片有MPC505、821、850、860、8240、8245、8260、8560等近幾十種產(chǎn)品，其中MPC860是Power QUICC 系列的典型產(chǎn)品，MPC8260是Power QUICC II系列的典型產(chǎn)品，MPC8560是Power QUICC III系列的典型產(chǎn)品。 Power QUICC 系列微處理器一般有三個(gè)功能模塊組成，嵌入式PowerPC核（EMPCC）, 系統(tǒng)接口單元（SIU）以及通信處理器（CPM）模塊，這三個(gè)模塊內(nèi)部總線都是32位。除此之外Power QUICC中還集成了一個(gè)32位的RISC內(nèi)核。Power PC核主要執(zhí)行高層代碼，而RISC則處理實(shí)際通信的低層通信功能，兩個(gè)處理器內(nèi)核通過高達(dá)8K字節(jié)的內(nèi)部雙口RAM相互配合，共同完成MPC854強(qiáng)大的通行控制和處理功能。CPM以RISC控制器為核心構(gòu)成，除包括一個(gè)RISC控制器外，還包括七個(gè)串行DMA（SDMA）通道、兩個(gè)串行通信控制器（SCC）、一個(gè)通用串行總線通道（USB）、兩個(gè)串行管理控制器（SMC）、一個(gè)I2C接口和一個(gè)串行外圍電路（SPI），可以通過靈活的編程方式實(shí)現(xiàn)對(duì)Ethemet、USB、T1/E1,ATM等的支持以及對(duì)UART, HDLC等多種通信協(xié)議的支持。 Power QUICCII 完全可以看作是Power QUICC的第二代，在靈活性、擴(kuò)展能力、集成度等方面提供了更高的性能。Power QUICC 11同樣由嵌入式的PowerPC核和通信處理模塊CPM兩部分集成而來。這種雙處理器器的結(jié)構(gòu)由于CPM承接了嵌入式Power PC核的外圍接口任務(wù)，所以較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加省電。CPM交替支持三個(gè)快速串行通信控制器 （FCC），二個(gè)多通道控制器（MCC），四個(gè)串行通信控制器（SCC），二個(gè)串行管理控制器（SMC），一個(gè)串行外圍接口電路（SPI）和一個(gè)12C接口。嵌入式的Power PC核和通信處理模塊（CPM）的融和，以及Power QUICCII的其他功能、性能縮短了技術(shù)人員在網(wǎng)絡(luò)和通信產(chǎn)品方面的開發(fā)周期。 同Power QUICCII相比，Power QUICCIII集成度更高、功能更強(qiáng)大、具有更好的性能提升機(jī)制。Power QUICCIII中的CPM較Power QUICCII產(chǎn)品200MHz的CPM的運(yùn)行速度提升了66%，達(dá)到333MHz，同時(shí)保持了與早期產(chǎn)品的向后兼容性。這使得客戶能夠最大范圍的延續(xù)其現(xiàn)有的軟件投入、簡(jiǎn)化未來的系統(tǒng)升級(jí)、又極大的節(jié)省開發(fā)周期。Power QUICCIII通過微代碼具有的可擴(kuò)展性和增加客戶定制功能的特性，能夠使客戶針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)出各具特色的產(chǎn)品。這種從Power QUICC II開始就有的微代碼復(fù)用功能，已經(jīng)成為簡(jiǎn)化和降低升級(jí)成本的主要設(shè)計(jì)考慮。 PowerPC一般應(yīng)用在服務(wù)器或運(yùn)算能力強(qiáng)大的專用計(jì)算機(jī)上，以及游戲機(jī)上。

????? 4、RISC家族之ARC 架構(gòu) 與其它RISC處理器技術(shù)相較起來，ARC的可調(diào)整式（Configurable）架構(gòu)，為其在變化多端的芯片應(yīng)用領(lǐng)域中爭(zhēng)得一席之地。其可調(diào)整式架構(gòu)主要著眼于不同的應(yīng)用，需要有不同的功能表現(xiàn)，固定式的芯片架構(gòu)或許可以面面俱到，但是在將其設(shè)計(jì)進(jìn)入產(chǎn)品之后，某些部分的功能可能完全沒有使用到的機(jī)會(huì)，即使沒有使用，開發(fā)商仍需支付這些〝多余〞部分的成本，形成了浪費(fèi)。 由于制程技術(shù)的進(jìn)步，芯片體積的微縮化，讓半導(dǎo)體廠商可以利用相同尺寸的晶圓切割出更多芯片，通過標(biāo)準(zhǔn)化，則是有助于降低芯片設(shè)計(jì)流程，單一通用IP所設(shè)計(jì)出來的處理器即可應(yīng)用于各種用途，不需要另辟產(chǎn)能來生產(chǎn)特定型號(hào)或功能的產(chǎn)品，大量生產(chǎn)也有助于降低單一芯片的成本，而這也是目前嵌入式處理器的共通現(xiàn)象。 在ARC的設(shè)計(jì)概念中，是追求單一芯片成本的最小化，量體裁衣，這需要在設(shè)計(jì)階段依靠特定EDA軟件才能做到。

????? ARC 近期也推出了基于700系列的多媒體應(yīng)用加速處理器，其中整合了ARC 700通用處理核心，以及高速SIMD處理單元，可以在低時(shí)鐘下輕松進(jìn)行諸如藍(lán)光光盤的H.264編譯碼處理，此架構(gòu)稱為VideoSubsystem，基本上該應(yīng)用處理器就可以擔(dān)任通用運(yùn)算工作，不過也可以與其它諸如ARM或 MIPS體系進(jìn)行連結(jié)，以滿足應(yīng)用程序的兼容性與影音數(shù)據(jù)流的加速。

?5、RISC家族之Tensilica架構(gòu) Tensilica公司的 Xtensa 處理器是一個(gè)可以自由配置、可以彈性擴(kuò)張，并可以自動(dòng)合成的處理器核心。Xtensa 是第一個(gè)專為嵌入式單芯片系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的微處理器。為了讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師能夠彈性規(guī)劃、執(zhí)行單芯片系統(tǒng)的各種應(yīng)用功能，Xtensa 在研發(fā)初期就已鎖定成一個(gè)可以自由裝組的架構(gòu)，因此我們也將其架構(gòu)定義為可調(diào)式設(shè)計(jì)。

?????? Tensilica 公司的主力產(chǎn)品線為Xtensa，該產(chǎn)品可讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師可以挑選所需的單元架構(gòu)，再加上自創(chuàng)的新指令與硬件執(zhí)行單元，就可以設(shè)計(jì)出比其它傳統(tǒng)方式強(qiáng)大數(shù)倍的處理器核心。Xtensa 生產(chǎn)器可以針對(duì)每一個(gè)處理器的特殊組合，自動(dòng)有效地產(chǎn)生出一套包括操作系統(tǒng)，完善周全的軟件工具。 Xtensa 為一32位處理器，該結(jié)構(gòu)特色是有一套專門為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、精簡(jiǎn)且效能表現(xiàn)不錯(cuò)的16與24位指令集。其基本結(jié)構(gòu)擁有80個(gè) RISC 指令，其中包括 32位 ALU，6個(gè)管理特殊功能的緩存器，32或64個(gè)普通功能32位緩存器。這些32位緩存器都設(shè)有加速運(yùn)行功能的信道。Xtensa 處理器的指令相當(dāng)精簡(jiǎn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以以此縮減程序代碼的長(zhǎng)度，從而提高指令的密集度并降低功耗。相對(duì)于高合成的單芯片系統(tǒng)ASIC而言，能達(dá)到有效減低成本。 Xtensa 的指令集構(gòu)架包括有效的分支指令，例如：經(jīng)合成的比較 - 分歧循環(huán)、零開銷循環(huán)和二進(jìn)制處理，包括漏斗切換和字段抽段操作等。浮點(diǎn)運(yùn)算單元與向量 DSP 單元是 Xtensa 結(jié)構(gòu)上兩個(gè)可以加選的處理單元，可以加強(qiáng)在特定應(yīng)用的效能表現(xiàn)。

????? 6、CISC家族之X86 X86 處理器應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)的歷史相當(dāng)悠久，以Intel為例，其Pentium3時(shí)代的處理器與芯片組，至今仍活躍在許多工控電腦產(chǎn)業(yè)中。而隨著兩大X86 廠商放棄RISC產(chǎn)品線，并積極規(guī)劃移動(dòng)應(yīng)用產(chǎn)品，X86進(jìn)入到消費(fèi)性電子嵌入式市場(chǎng)就不再只是傳言。當(dāng)然，X86處理器普遍都還是有功耗過高，且芯片數(shù)量龐大的缺點(diǎn)，不適合應(yīng)用在要求精簡(jiǎn)省電的嵌入式架構(gòu)中，但隨著發(fā)展，這一切都有了根本上的改變。 盡管Pentium4是 Intel相對(duì)失敗之作，但Pentium3依舊是市場(chǎng)的最愛，就連Intel本身也舍不得放棄Pentium3的微架構(gòu)，如今已經(jīng)經(jīng)過數(shù)次的翻新與修改，即便是最新的4核心產(chǎn)品，依然有Pentium3的影子存在。賣舊式架構(gòu)產(chǎn)品，對(duì)Intel來說，其實(shí)不無小補(bǔ)，由于舊架構(gòu)經(jīng)過長(zhǎng)久驗(yàn)證，不需重新設(shè)計(jì)，且在生產(chǎn)上的成本非常低，制程提升還可以進(jìn)一步拉抬芯片產(chǎn)量，但不止Intel有舊架構(gòu)產(chǎn)品，AMD其實(shí)也運(yùn)用同樣的手法來經(jīng)營(yíng)其AthlonXP處理器，但是Intel決心要讓對(duì)手難以追趕，因此規(guī)劃了一系列以移動(dòng)產(chǎn)品應(yīng)用為主的嵌入式處理器。 Intel過去在X86產(chǎn)品規(guī)劃上，其實(shí)幾乎從未接觸過移動(dòng)通訊應(yīng)用，即便是雷聲大雨點(diǎn)小的UMPC產(chǎn)品，也都不含移動(dòng)通訊功能，在這邊我們指的是諸如3G、3.5G的通訊能力，而當(dāng)Intel主推的WiMAX正式被納入3G標(biāo)準(zhǔn)之一，也讓Intel重新考慮該公司的移動(dòng)應(yīng)用產(chǎn)品。在最近的技術(shù)展示中，即便是最接近手機(jī)設(shè)計(jì)的MID （Mobile Intel Device）裝置，也都僅定位于移動(dòng)上網(wǎng)工具，而非行動(dòng)通訊系統(tǒng)。 但是根據(jù)Intel的最新規(guī)劃，MID 平臺(tái)已經(jīng)從單純的行動(dòng)上網(wǎng)，轉(zhuǎn)而將會(huì)跨進(jìn)現(xiàn)有的BlackBerry （黑莓）及 I-Phone 的相同市場(chǎng)，前者擁有強(qiáng)大的網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)通訊能力，而 I-Phone 則是擁有強(qiáng)大的多媒體能力，但是Intel的MID平臺(tái)基本上是一部微型X86計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在功能性可以達(dá)到相當(dāng)全面的地步，且具備了ARM、MIPS等處理器架構(gòu)難以滿足的X86軟件兼容資源，導(dǎo)入移動(dòng)通訊只不過是在目前的硬件規(guī)劃基礎(chǔ)上，進(jìn)行軟件模塊的增加而已。傳統(tǒng)移動(dòng)通訊產(chǎn)品廠商在相關(guān)軟硬件投入的資本非常龐大，是否采用Intel架構(gòu)還有待觀察，當(dāng)然，如果像Nokia與Motorola也投入此一架構(gòu)，在推廣上也將會(huì)如虎添翼。 Intel針對(duì)移動(dòng)應(yīng)用的最新處理器為Stealey，目前該產(chǎn)品線有兩款產(chǎn)品，分別是600MHz的A100與 800MHz的A110，理論上來說，Stealey 只不過是Centrino體系中祖父級(jí)Dothan（都是基于Pentium3的架構(gòu)）處理器的超級(jí)精簡(jiǎn)兼時(shí)鐘降低版，主要是得利于90納米制程，架構(gòu)技術(shù)上并無太多特點(diǎn)，而下一代的Silverthorne則是直接將此Stealey轉(zhuǎn)以45納米制程，并在架構(gòu)上加入64位處理能力，算是真正比較有誠(chéng)意的產(chǎn)品。 但是以目前來看，Intel的移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)其實(shí)表現(xiàn)并不出色，過高的功耗與溫度仍然是應(yīng)用在移動(dòng)終端上的隱憂，Silverthorne是必要針對(duì)此兩點(diǎn)進(jìn)行變革，否則要應(yīng)用在MID產(chǎn)品上，只怕又會(huì)繼UMPC之后，成為業(yè)界另一個(gè)叫好不叫座案例。

????? 7、CISC家族之VIA 目前仍存活的X86處理器廠商，除了身為世界第一大半導(dǎo)體廠的Intel以外，其余兩家都活的相當(dāng)辛苦，尤其以***的VIA（威盛）為最，該公司在處理器產(chǎn)品線的經(jīng)營(yíng)上，向來遭受大廠的打壓， VIA 過去所推出的一系列低功耗處理器，雖然效能偏低，但是其功耗控制能力非常優(yōu)秀，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過Intel以及AMD這兩家CPU大廠，如今世界潮流逐漸從效能取向走往綠色環(huán)保取向，VIA終于也是媳婦熬成婆，除了在一般低價(jià)PC獲得滿堂彩以外，在UMPC以及嵌入式系統(tǒng)方面，也都能提供相當(dāng)優(yōu)秀的解決方案。 VIA 的主流產(chǎn)品線為C7-M處理器，該款處理器共分兩個(gè)型號(hào)——普通版本及Ultra Low Voltage版本，C7-M普通版本型號(hào)擁有 1.5GHz/400MHz FSB、1.6GHz/533MHz FSB、1.867GHz/533MHz FSB及最高速度的 2GHz/533MHz FSB，電壓由1.004V至1.148V，最高功耗由12W至20W，在P-State模式下電壓會(huì)下調(diào)至0.844V，而功耗則只有5W。 Ultra Low Voltage版本的C7-M處理器，擁有1GHz/400MHz FSB、 1.2GHz/400MHz FSB及1.5GHz/400MHz FSB，ULV版本工作電壓只需要0.908V至0.956V，最高功耗由5W至7W 左右。而ULV之中還會(huì)有一個(gè)Super ULV的C7-M 1GHz，型號(hào)為C7-M ULV 779，工作電壓可低至0.796V，最高功耗僅有 3.5W。由于這些特點(diǎn)，使其在低價(jià)計(jì)算機(jī)、嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域中，成為不能忽視的第三勢(shì)力。

????? 8、CISC家族之AMD AMD 是在主流市場(chǎng)上，唯一能與Inte抗衡的X86處理器廠商，然而在購(gòu)并ATI之后，其表現(xiàn)只能算差強(qiáng)人意，以目前所規(guī)劃的主流產(chǎn)品線而言（包含CPU與 GPU），其實(shí)都是處于挨打的狀態(tài)。畢竟AMD具有業(yè)界最佳的技術(shù)均衡性，既有先進(jìn)的處理器技術(shù)，又是GPU技術(shù)第二領(lǐng)導(dǎo)者，兼以效能表現(xiàn)相當(dāng)優(yōu)秀的主機(jī)板芯片產(chǎn)品，以及自有的晶圓廠，雖不及Intel霸氣，仍然占有很大市場(chǎng)份額。 在嵌入式應(yīng)用方面，其實(shí)過去AMD有向MIPS 授權(quán)其IP，開發(fā)出Alchemy產(chǎn)品線，算是直接向Intel過去的ARM架構(gòu)Xscale直接叫陣的一款產(chǎn)品，然而此產(chǎn)品并未擄獲市場(chǎng)眼光，在應(yīng)用上一向偏弱勢(shì)，后來AMD也將之?dāng)[脫，開始利用自己的X86處理器來經(jīng)營(yíng)嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域。 AMD在嵌入式X86處理器方面的產(chǎn)品線為Geode，基本上這是一款整合度相當(dāng)高的SoC產(chǎn)品，但是速度偏低，效能表現(xiàn)不佳，功能也未能比VIA的產(chǎn)品出色，定位相當(dāng)尷尬。針對(duì)移動(dòng)平臺(tái)開發(fā)的X86處理核心，代號(hào)為“Botcat”，不過目前信息還不完備，因此只能從時(shí)間點(diǎn)推論，該處理器將有可能使用簡(jiǎn)化降頻版的K8核心，但推出時(shí)間在今年，明顯比對(duì)手晚了許多，若要整合K10核心，可能就要等到2009年 之后。 不過AMD購(gòu)并ATI之后，得以將Fusion 的概念帶給消費(fèi)者，F(xiàn)usion算是身兼AMD與ATI二者之長(zhǎng)，具備了先進(jìn)的處理器核心、高效能的繪圖核心，以及I/O控制能力，從低功耗的嵌入式應(yīng)用，到高功耗的效能級(jí)產(chǎn)品，都是Fusion的產(chǎn)品守備范圍內(nèi)，但Fusion最早要到2009年才會(huì)進(jìn)入市場(chǎng)。