原创 嵌入式系统与FPGA的最新动向

　　据Semico Reserch资深分析师Tony Massimini介绍[1]，2010年，微逻辑组件(微处理器、微控制器和DSP)的销售额劲升了24.9%。但这是因为相比于2009年的灾难性的衰退所致。在相对稳定的销售环境下，预计2011年有望再成长12%。

　　出货量方面，微逻辑组件2010年将增长36.3%，而2009年下降了10.4%。微逻辑营业额由微处理器和计算市场主导，数量上来看，主要来自MCU。2010年，MCU营业额增长了32%左右，数量增长40%左右。增长涵盖所有微控制器部分—8、16和32位。这比一年前所预测的增长更快，这是由于一些领域的复苏和增长，例如汽车方面有新增长，工业控制也在持续增长，虽然2009年工业控制也下降了，但是不像其他市场那么糟糕。

　　工业MCU厂商重视连接性和外围的开发。连接性包括USB、RFID、低功耗RF、ZigBee，用于控制和自动化。绿色和节能是最大增长的市场，智能电表和智能电网正受到更多的重视。更多家电的高效电机控制、工厂控制等，需要特殊的低功耗制程。

　　16位供应商提供比8位更高的处理速度。很多16位MCU供应商也销售8～32位MCU。2010年8位MCU价格85美分左右;32位MCU的平均价格是3~23美元，此价格之所以差别很大，是由于封装、性能及内存的配置不同。 MCU厂商正提供更高的存储器密度、更好的外围以减少外部材料、传感器等。

　　据iSuppli统计，由原瑞萨科技/NEC电子合并后的瑞萨电子是最大的嵌入式系统公司(图1)。TI是第二大嵌入式系统公司，TI主要得益于DSP、MCU和MPU三大业务。

　　在中国市场，MCU保持高于全球平均速度增长。尤其本地参与设计正引导着世界范围内新一轮的复苏和增长(图2)，同时中国本地设计增长的速度比整个MCU系统快。但图2中“中国本地参与设计比例”变化曲线在2010年到2012年间为何会呈下降趋势?瑞萨电子大中国区MCU产品中心总监邱荣丰分析认为，在整个世界经济中，中国已经占有很大的比重，开始时中国基本上是全球最大的工厂，出口基本上是最大的因素，使中国市场做得很好。但是从2008年到2009年开始，中国基本上是转向国内的需求，高速的发展都是在国内，所以可以看到增长率最大的2010年，中国有一系列活动，如家电下乡、智能电网/电表兴起等;但是正常来看，除了中国市场内部消化的要求，也希望国外出口量会慢慢增长;不过按照这个想法，这两年不太可能一下打入美欧日等市场。

　　在嵌入式软件行业，由于嵌入式产品在最近几年正在不断渗透到各个行业，小到手机、iPad，大到基站、航天卫星等。而嵌入式软件在其中扮演着越来越重要的角色，已经成为各个厂商区别于其它厂商最重要的砝码。据不完全估计，2011年中国嵌入式软件市场规模将达到4600亿左右。而多核化和平台化将成为新的嵌入式软件发展的新趋势。

　　软件和系统架构成芯片厂商的投资重点

　　软件成为MCU厂商的关注点

　　近几年，MCU厂商提供更多、更丰富的工具和软件开发环境，来易于使用、节约时间。未来，系统设计者将有更多的应用选择：功能、价格、低功耗和更多的开发工具。

　　尽管MCU集成了更丰富的外围，制程技术在不断演进。但相比之下，硬件的成本不太容易上升。NXP副总裁兼全球微控制器产品线总经理Geo Lees称，该公司不打算在硬件方面再过多地产生成本，其开发重心将更多地转到软件方面。

        飞思卡尔(Freescale)工业和多元市场微控制器部亚太区市场经理曾劲涛也认为软件在整个开发成本中正在占据更大的比例。曾劲涛以该公司战略为例，称飞思卡尔是最早为客户提供一套完整的软件支持工具的先行者。其软件产品包括免费的8位的Codewarrier工具和为32位MCU服务的实时操作系统MQX，同时还提供了许多其他软件，使客户能够轻松地使用飞思卡尔MCU开始进行设计。

　　ADI DSP亚洲区业务经理陆磊称，该公司的软件战略是为客户提供免费的经过优化测试的高性能软件库，可以简化客户的开发和缩短客户产品开发时间。同时，ADI公司为客户提供开源的Linux系统和驱动。

　　Silicon Labs公司MCU市场总监Mike Salas分析了为何软件成为MCU厂商关注的方向。他指出，随着微控制器(MCU)在其数字内核基础上的不断发展，通过集成更多复杂的外围设备(例如加密/解密模块、音频/视频编码和解码器，以及需要完整协议栈的无线通讯接口)MCU功能正在逐渐扩展。所有这些片上系统功能的交互平衡也需要同样复杂的固件。开发和测试固件的时间和成本正在成为影响新产品上市的限制因素。为了帮助缩短上市时间，Silicon Labs为其混合信号MCU提供了多种固件。这包括从简单外设(例如ADC)到完整应用级参考设计(例如Wireless M-Bus套件)所需要的一切。因为Silicon Labs MCU产品的许多目标应用需要与计算机或应用处理器进行通信，因此该公司根据需要提供了通信函数库和驱动程序。所有这些代码使得嵌入式设计人员能够专注于产品开发，而不是复杂的MCU或软件协议。

　　为了加大软件实力，MCU设计团队中需要一批应用软件人才。上海普芯达电子有限公司总经理赵依军称，普芯达不仅有一支长期致力于应用开发的工程师队伍，还拥有经验丰富的芯片设计团队，这样的组合使普芯达能在芯片设计的一开始就充分考虑应用软件设计的需求，能在芯片设计的整个过程中将硬件功能、性能与软件设计需求紧密地结合。在应用开发过程中，工程师们也能和设计团队密切配合，保证软件有效可靠。

　　系统架构师如何定位精准

　　为了做好应用，有些芯片厂商的总设计师甚至不是芯片设计出身，而是系统应用出身。TI多核 DSP业务部全球业务经理Ramesh Kumar在介绍该公司的新一代高性能DSP——TMS320C66x时，透露了该公司如何做到对产品进行高精度定位的方法。例如高精度的关键任务应用——无线基站、医疗等。在TI DSP的研发过程中，在软件上投入一定比重。这种考量来自于：由于你要构建一个非常好的多核系统或片上系统(SoC)，因此你需要非常好的系统级考虑。在TI的DSP团队里，有相当多人都来自于系统厂商，比如爱立信、诺西，甚至聘请曾在摩托罗拉等通信厂商工作过的资深人才来做TI的CTO(首席技术官)或首席架构师。不是因为他们的芯片设计能力有多强，而是对整个系统架构所需要的关键元素做得非常非常精准。这样TI就可以把网络处理器和传输的协处理器固定在里面。这都归功于从通信系统企业过来的系统专家，把他们的挑战和需要的关键元素，以及以往没有提供过的功能在TI的组织架构里提供出来。尽管这些通信系统人才可能并不会开发出整套软件，但能使TI能更多地开发相应的核心软件，把多核系统、多核DSP系统的架构搭起来，做成一个具有强大竞争力的系统产品。

　　在WiMAX应用方面，TI甚至在北美把某家系统厂商整个WiMAX研发团队连锅端，不在于TI要自己开发什么WiMAX产品，关键是要对系统的理解和见解，把传统理解和新需求全都融入到我们多核DSP的开发里。

　　医疗领域也是如此，TI有曾在超声或数字X光厂商工作过的人才做TI的系统架构专家，因为TI需要非常专注地理解这些应用领域架构怎么做的，这样就可以开发出相应的内容和核心的IP库，来为客户开发或我们后续优化能提供非常有用的部分。

　　可见，MCU和DSP厂商不仅关注芯片架构，而且正在软件和架构系统方面进行，来提高产品的易用性。

　　MCU、DSP与FPGA互相渗透，日趋融合

　　MCU有8、16、32位之分，也有ARM与非ARM之别;目前部分厂商采用了ARM Cortex-M4核，希望进军DSP领域;DSP老大——TI把自己的C2000 DSP系列划为了MCU业务组;同时，FPGA厂商也试图深入传统的DSP和嵌入式处理器领域;有些MCU厂商称其芯片可替代FPGA、DSP??嵌入式处理器的应用领域之间互相渗透，芯片功能越来越融合，因此界限越来越模糊。那么他们各自的显著特点是什么呢?

        MCU及DSP

　　TI半导体事业部MCU业务组现在不仅负责其经典的16位MCU——MSP430，还有两年前收购Luminary的基于ARM Cortex-M3的32位处理器，更把其低端DSP——C2000 DSP系列也划拨进来[4]。那么当向客户推荐方案时，如何协调其产品线关系?TI MCU业务拓展经理吴健鸿称，“向客户介绍产品时，我们一定会推荐最合适的产品。”在Cortex-M3等MCU和C2000里面有一些软件库会共享。这样，如果客户的一些产品用的是C2000，另一些产品可能用到Cortex-M3 MCU，是可以同时采用TI的软件库的。笔者推测，由于TI有强大的DSP功能，因此TI并没有采用具有DSP功能的ARM Cortex-M4的授权，而着力发展ARM Cortex-M3，进军传统32位处理市场;而MSP430系列主攻传统的8位8051市场。

　　NXP、Freescale等采用了ARM Cortex-M4的授权。其中NXP也采用了ARM Cortex-M3的授权。如何区分M3和M4?NXP的Geoff以去年底推出的LPC4000系列为例，指出Cortex-M4的特点是DSP处理能力非常强大，因为M4有很多免费DSP库的资源供用户使用。

　　另外，Geo还介绍了M4与ARM9核相比的优势：该公司在与电视和机顶盒客户的探讨中，发现对于高性能核而言，它们主要是通过硬件来实现，这就出现了功耗问题，如果MCU一直是高速运行没问题;但在低速时，ARM9的低功耗效果不如M4强。所以在一些高性能应用上，可以把M3、M4用到片上实现高性能MCU方面功能。

　　飞思卡尔去年6月宣布与ARM合作，推出了基于ARM Cortex-M4的Kinetis系列。尽管飞思卡尔拥有自己独特而丰富的架构，如S08、ColdFire/ColdFire+、Power架构等，但飞思卡尔认为ARM MCU的最大特

　　Altera高端FPGA产品部产品市场高级总监David Greenfield点是上手快，希望Kinetis延伸到那些喜欢用ARM架构的客户上[5]。M4不仅与M3兼容，还具有DSP的功能，为将来DSP应用打下了伏笔。

　　MCU与FPGA

　　STM(意法半导体) [7]和NXP等MCU公司近期提到其部分基于M3/M4架构的MCU可以替代FPGA功能;而FPGA企业如Altera、Xilinx和Microsemi(2010年10月Microsemi收购了FPGA公司Actel)也力图延伸入嵌入式领域。那么，二者的相互关系是什么?NXP的Geoff说，事实上MCU的目标并不是完全替代FPGA，例如当3000门以下比较简单的应用时，MCU可以实现类似于FPGA功能的应用。

　　而FPGA公司也承认，逻辑门数要求更高的嵌入式应用是FPGA定位的主战场。

　　DSP与FPGA

　　笔者最近追踪2010年“全国大学生电子设计竞赛信息安全技术专题邀请赛”时，发现一个有趣的现象，在由TI和Xilinx等赞助的这项大赛中，一等奖中既有采用TI DSP、也有采用Xilinx FPGA实现手背静脉身份认证的作品;整个获奖作品中，网络通信方案中都有两家公司的身影。

　　实际上，近几年，FPGA也把部分重点定位在DSP的传统领地，并且28nm等先进制程呼之欲出，DSP的主流制程还是40nm左右。FPGA厂商声称，随着FPGA的成本和功耗的持续降低，FPGA会在DSP固有的应用领域愈发显出优势。

　　但TI等DSP公司也在强化其DSP的优势。不久前，TI多核 DSP业务部全球业务经理Ramesh Kumar向我们介绍了去年底推出的基于KeyStone多内核构架的C667x。称通过增加多内核导航器以及协处理器，可最大限度提高片上数据流的吞吐量。现在每个单核可以达到40个GMACs的层加能力，每个内核也可以达到20GLOP运算能力。

       Ramesh称，DSP技术本身有诸多好处，包括很高的处理性能，并且在低功耗方面，考虑到动态电源监测、动态电源管理。因此通过667x系列，TI非常有信心与DSP对手、其他处理器架构或FPGA竞争。例如，FPGA本身是通用型阵列，其所做的所谓浮点是在阵列里嵌入DSP一个小的IP单元，绝对不是能真正自由地处理浮点运算的处理器架构，可能只有18×18的一个乘加(MAC)能力，现在相对一半都不到。因此，TI并不认为FPGA公司所宣称的浮点工艺非常领先，并且DSP在功耗、成本上拥有优势。例如，市面上与TMS320C667x性能相当的FPGA通常几百美元一块;在功耗方面，TI只要10W左右，而同样性能的FPGA通常要20~40W。

　　笔者注意到一个细节，Ramesh多次提到C667x高精度地定位于关键任务应用，包括无线基站、测试、医疗影像、智能电网或高性能处理等。这些领域通常有DSP，也有FPGA的解决方案。“但关键应用往往由DSP组成。”Ramesh称。事实上，在很多领域，出现了DSP+FPGA或嵌入式处理器+FPGA的搭配，在通信基站领域，有TI+Xilinx组合;高性能计算领域，也出现了Intel+Altera搭档等。

　　DSP通常归为ASSP(专用标准产品)，而FPGA属于PLD(可编程逻辑器件)类。从字面上就可以看出FPGA服务更广阔的领域，DSP相对来说在一些利基(niche)的专用领域拥有无可替代的优势。在一些长尾领域，FPGA和DSP就要认真较量了。

　　那么，FPGA企业又是如何看待DSP，并寻找自己的机会呢?

　　Altera高端FPGA产品部产品市场高级总监David Greenfield称，多核DSP主要针对一些特定市场应用。多核DSP实现是基于软件，在其架构基础上基于软件创新。而FPGA主要是硬件创新，FPGA中也会有一些浮点运算。FPGA过去主要是军事领域应用，现在已经拓展到通信、广播领域，比如无线基站等应用。笔者分析David的讲话认为，之所以过去FPGA应用于军事领域，是因为FPGA的突出优点是灵活性大，但也存在功耗大、价格高的短板，在不太在乎花钱的军事、通信基础设施领域会首先铺开。随着FPGA的功耗和价格逐步下降，也在向中低端应用市场延伸，并打入一些利润丰厚的专用领域，如通信(基站、收发器)和视频处理等。

　　据悉，Xilinx近年推出了目标设计平台(TDP)，并且在未来28nm制程时，把原来高低二大产品线(Virtex和Spartan)扩展为高中低三线(Virtex、Kintex和Artix)。这些举措使其FPGA进一步适合专用领域。

　　也许读到此，读者还是找不到北，那么让我们以Altera的David的话来参透此现象吧：“……很多概念更像是哲学取向。……但动机很简单：我们在决定每一新产品时，基本上是看推出这种产品是不是可以为我们带来最大好处。”

　　MCU：集成多少模拟才足够?MCU外围电路在迅速膨胀

　　MCU正集成越来越多的模拟和混合信号，有些MCU公司干脆称之为SoC。那么这是否意味着未来MCU不再是创新的中心?

　　Silicon Labs公司Mike分析认为，2011年及以后，新一代MCU设计将提供更高级的混合信号集成技术，实现超低功耗处理、无线连接和智能感应。随着便携式和电池供电应用的增长，具有省电技术(例如片上DC-DC转换器和低压差LDO稳压器)的MCU将成为广受欢迎的解决方案。2011年，集成嵌入式无线收发器的高集成度MCU，或称为“Wireless MCU(无线MCU)”也将在应用(例如家居自动化、安全系统、智能仪表和能量收集系统)中不断增长。今后我们也将看到集成多种类型感应器(诸如电容式触摸感应器、红外线和环境光感应器，以及环境感应器)的MCU。具有成本效益、片上集成无线连接和感应能力的超低功耗、小封装MCU将在各种嵌入式应用中(例如无线感应网络)大量应用。

　　因此，我们认为模拟/混合信号功能将继续保持较高需求，因为最具竞争力的应用通常需要高精确度和准确度。仅有少数公司具有混合信号设计经验，从而可以在不影响性能的基础上进行单芯片集成。这些公司将继续从高难度复杂混合信号设计的迅速扩张中受益。

  普芯达赵依军也认为集成更多的数模混合信号是嵌入式系统发展的必由之路，“MCU将会集成更多更复杂的模拟功能和处理模块，构成一个真正意义上的SoC，它将使嵌入式系统的开发理念发生深刻的变化。”但这并不意味着MCU会脱离数字核心，相反，这一变化会促进数字部分性能的提升以满足越来越高的处理要求。目前，普芯达不仅会设计集成了模拟和混合信号的MCU，还会在以前属于纯粹模拟电路的一些应用中开发智能化的芯片。

　　飞思卡尔的曾劲涛指出，模拟功能将成为MCU产品的一个差异化优势。分立模拟器件在大多数情况下仍然具有性能优势。但是，随着MCU集成模拟的功能不断增强，分立模拟器件的优势正在逐渐减弱。例如：飞思卡尔Flexis MM系列专门为医疗设备设计，集成高精度的16位ADC、DAC、运放等高精度模拟单元进一步降低系统成本，加快开发进程。

　　ADI公司称近期推出的BF506F处理器集成了高性能DSP和高性能AD转换器，在400MHz主频的前提下，性能达到11.7bit ENOB(有效位数)。

　　TI公司一直是积极推进MCU中增加模拟/混合信号的企业。今年1月发布的低成本浮点 Piccolo MCU——TMS320F2806x，可以单独来实现PLC(电力线通信)。使低能耗电机控制与可再生能源应用的开发人员可采用单个 F2806x MCU 通过低成本方式执行控制环路、电力线通信 (PLC) 协议以及调制方案。

　　MCU集成模拟的利弊分析

　　最大的嵌入式芯片MCU企业——瑞萨电子对MCU集成模拟十分慎重，去年10月才宣布在MCU研发中增加模拟/混合信号功能[8]。瑞萨电子的邱荣丰指出，开发模拟功能的芯片不容易，因为从工艺考虑的话，模拟功能用的技术工艺是很高的，所以整个芯片会变得很大，这样会影响到成本。

　　上海普芯达的赵依军也认为，集成模拟带来了开发难度。由于模拟和数字开发工作集中在同一颗芯片上，芯片和应用设计难度都有所增加，尤其是在模数双方的相互抗干扰处理上，工程师们将面临较大的挑战。

　　市场调查公司Gartner半导体和电子研究总监 Adib Ghubril对MCU中集成模拟的观点也是谨慎的。Adib分析道，小型化可以提高系统的可靠性(主板上的芯片数量更少)、使体积更小(从而提高可用性和灵活性)，并能使人们获得更高的收益。但是，与其具有相似功能的纯粹的数字MCU相比，混合信号MCU存在性能降低的问题，——尽管目前人们尚未弄清两者之间在系统级(即主板级)上存在何种差异。而且，相比于模拟和数字电路分别按照各自独立的技术路线图发展，数模集成会增加晶圆片级的风险;承担这些风险必须能够有利于给我们带来回报。通常，虽然我们期望Freescale以及Renesas(瑞萨)等领军企业能够推出体积更小的器件;但是，Gartner发现许多公司缺乏必要的资金去实施此类集成路线图。

　　许多公司使用混合信号MCU这种术语去描述具有板上比较器(on-board comparators)或模数/数模转换器的芯片;虽然这一术语也许是正确的，但它还是存在一些误导，“因为在我的头脑中，混合信号技术综合了类似电压基准/调节器、传感器甚至功率放大器等东西，并最终将会包含功率放大器。”但另一方面，“特殊应用”MCU的趋势一般受到嵌入界股东的支持，同时，在芯片制造商中能够更为清晰地看到这种趋势。分立模拟器件的机会

　　而分立模拟器件厂商对此的看法如何呢?Intersil公司Tamara Schmitz在《电子产品世界》2010年12期《信号链的集成与去集成》[9]中指出：“??但你为什么要选择去集成呢?原因有很多。产品或应用可能比较新，还没到有必要投资开发一个ASSP设计的地步。其次是没有一点灵活性。万一你想升级到更高阶的滤波器，以补偿一个新的强干扰?万一你想尝试一个新的转换器配置?万一你必须快速建立一个原型产品?万一小的设计改动能让你的系统设计更加灵活，并且能容纳更多的应用和更多的客户?我个人特别喜欢的情况是：万一你希望得到更低的功耗呢?许多转换器需要1.8V电源，而许多运算放大器可能需要3.3V或5V来达到系统所需的动态范围/CMRR。分立方案的选择更多，对应用的优化也更多。许多有经验的系统设计者对电路布板和电源旁路十分精通，他们倾向于选用分立方案，这样可以保留进一步选择的便利。”

　　目前，分立模拟器件也在发展，集成度越来越高，越来越简单易用，或者开发特殊的应用产品。例如，美国国家半导体公司(NS)今年1月推出了可配置传感器模拟前端(AFE)芯片为例，LMP91000是可全面配置的低功耗恒电位仪，可在传感器与ADC间提供一个高度集成的完整信号路径，适用于微功耗的化学物质及气体检测应用。为了简单易用，NS还提供了开发工具。据NS精密信号路径产品部副总裁James Ashe介绍，NS在完成传感器信号路径设计的WEBENCH传感器模拟前端电路设计工具(WEBENCH Sensor AFE Designer)上也进行了重要投资，使电路可调，来兼容多种技术规格，支持数百款温度、压力及化学传感器。“像LM91000芯片的恒电位仪电压和输出增益都可根据设计要求自行设置，这令工程师可以探测更多的气体种类，或者探测不同的气体浓度，并确保设备的总系统功耗可低至10μA(平均值)。”

        可见，MCU不会脱离数字设计的核心。在集成模拟/数模混合器件时，会对性能和制程带来一些挑战。在一些高性能或独特应用场合，独立的模拟器件仍举足轻重。独立的模拟器件的发展趋势是集成度更高，精度更高，可编程性更强，并有自家的开发工具支持，简单易用等。

　　MIPS架构寻机突破

　　如今，ARM是32位MCU架构中增长最快的部分，有专门为不同嵌入式处理器准备的10种左右的Cortex授权。一般公认ARM阵营的优势是可利用的丰富的生态环境。

　　不过，MIPS科技公司这几年也在寻求突破。Microchip是MIPS架构的积极拥趸者之一，最近，Microchip的Erlendur Kristjansson对ARM公司声称的32位单片机(MCU)应用的可移植性产生了疑问。

　　32位单片机的应用可移植性：现实还是神话?

　　Erlendur首先介绍了事情的原委：2008 年11 月，ARM公司宣布推出Cortex微控制器软件接口标准(Microcontroller Software Interface Standard，CMSIS)。ARM声称，对于新器件的软件开发项目或将现有软件在不同芯片厂商的基于Cortex-M 的单片机之间移植时，这项标准可降低软件设计成本。这听起来很不错，但事实确实如此吗?

　　Erlendur分析道，根据ARM 所言，CMSIS 是“适用于Cortex-M 处理器系列的与厂商无关的硬件抽象层。CMSIS为不同芯片厂商和中间件提供商的处理器提供了简单一致的软件接口，这简化了软件重用，缩短了开发人员对于新单片机(MCU)的学习过程以及新器件的上市时间。CMSIS的问世使芯片厂商可将资源集中在突出其产品的外设功能上，无需在对单片机进行编程时保持各自不兼容的标准[10]。”

　　可移植性的可能性探讨

　　我们已了解各个单片机制造商都能提供什么，现在可以看一下抽象层能为设计人员做些什么(如果有的话)。首先，我们来看CMSIS 声称所能提供的功能，同时应记住前文所述的系统架构、外设和固件库。

　　CMSIS 版本1.3

　　1.内核外设访问层：包含用于访问内核寄存器和外设的名称定义、地址定义和辅助函数。它还定义了一个用于RTOS 内核的器件无关接口，其中包含调试通道定义[11]。

　　2. 这些软件层由芯片合作伙伴通过以下方式进行扩展：

　　a) 器件外设访问层，提供所有器件外设的定义;

　　b) 用于外设的访问函数(可选)：提供用于外设的附加辅助函数[11]。

　　仔细阅读此说明后，我们可以看到CMSIS 提供了一种通用语言，通过它可描述MCU 的不同元件。

　　接下来，我们看一下两个不同的“芯片合作伙伴(使用ARM Cortex-M 处理器内核的MCU 制造商)”所生产的MCU 中包含的部分功能。

　　显而易见的是，尽管这两个32 位MCU制造商都使用Cortex-M3 内核，但主要功能仍有区别。表1中列出的功能是单片机最标准的功能，即便如此它们仍有不同。这意味着，即使这两个制造商使用相同的内核，也需要对软件进行调整才能运行最基本的程序，例如翻转I/O 或使用UART。如果不进行一定程度的代码重写，而只是对基本参数进行调整，则无法在A和B之间移植软件。

　　另外，在表1的示例中，厂商A和B的单片机都使用了ARM Cortex-M3 内核，并且都具有符合CMSIS 标准的固件库。这是否意味着他们的库(例如电机控制库)可以互相移植?

　　其实不见得。这两个制造商对外设和固件采用了完全不同的方法。厂商A 使用专用算法库(可能由多人经过数年开发而成)来最高效地利用其单片机上的专用外设。而厂商B 则专注于使用更通用的外设并构建通用外设库，对于特定应用则使用示例代码和应用笔记进行说明。

　　这两种完全不同的方法使得在这两个制造商的MCU 之间移植程序(例如电机控制子程序)非常困难，尽管它们使用了相同的内核。此外，库函数的命名也不相同，这意味着用户必须重写代码中的所有库函数调用，并且要弄清将哪些变量和值提交给函数。这完全不是所谓的可移植性。

　　再有，设计人员关注的重点是开发特定最终用途代码时的速度、效率和可靠性。厂商A和B采用不同的方法来达到这些目标。厂商A使用基于专用硬件的方法，而厂商B的法更加专注于通用硬件。厂商A 针对特定应用提供了经过潜心开发的专用库，以最大限度地利用其单片机的功能。而厂商B 只提供基本构件，让开发人员构建自己的解决方案。

       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。

　　ARM MCU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ARM MCU会同质化，那么ARM MCU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。

        第三个趋势则是更直观的用户界面。只要看看iPhone和它的用户界面(UI)，你就会了解用户界面的发展方向。硬件关注的焦点是为用户提供硬件加速和高分辨率的触摸屏。虽然显示屏的大小最终是由设备本身所决定的，但是必须要将用户界面的形式与功能统一起来。

　　最后，Android系统的应用远远超出了手机、平板电脑和电视的范围。Mentor将Android系统视为各种嵌入式开发的统一平台。但是Android系统存在一个问题，那就是所有设备看上去几乎都没什么区别。如果开发者的目的是让应用程序在所有基于Android系统的设备上都能够顺利运行，那么这是一个优点;但是如果开发者的目的是将自己的设备与竞争对手区分开来，这就不够了。现已有一些工具可解决此问题，例如Mentor Embedded Inflexion UI允许设计者改变Android设备前端的用户界面，使下层运行的Android系统变得几乎无法察觉。这对设计者来说是个好消息，他们可以在需要的时候正常使用所有的Android应用程序，因为在设备下层运行的仍然是100%的Android系统。

　　本土芯片企业如何脱颖而出

　　在无处不在、润物细无声的嵌入式处理器世界，哪里寻找我国本土芯片的足迹?当前，上海海尔集成电路、上海普芯达、北京君正、时代民芯、珠海欧比特等MCU/处理器企业正如雨后春笋。福州瑞芯、杭州国芯、珠海炬力等SoC企业也在崛起。在与海外同行激烈的角逐中，本土企业如何脱颖而出?

　　数字电视领域产品线较为齐全的本土芯片设计企业——杭州国芯科技股份有限公司的资深副总经理张明向办刊介绍道，本土优势是一个动态和相对的过程，并不是一项决定性的资本。总体来讲，在信息技术领域，我们与先进国家相比是后来者，扮演的是积极赶超的角色。在这个努力的过程中，充分发掘本土企业更加贴近当地市场、贴近当地用户的特点，并努力将其转化为自己的竞争优势，才是我们正确的心态。比如开发更适合本土生活和文化特点的产品、提供更便捷的服务支持等。但本土企业最终依靠的还是自己的技术和产品优势，依靠自身的综合实力与国外同行进行竞争，并在竞争中不断壮大自己。

　　国内有些公司往往在高性能和低成本之间徘徊，如何理解高性能和低成本的关系?张总认为，在新产品推出时，高性能往往意味着高价格，客户主要面向高消费者。随着更多竞争对手的加入，或者为了使产品被更多的大众消费者接受，降低成本就成为市场竞争或市场推广最直接的杀手锏。但如果过度压制成本导致性能下降，或进行恶性低价竞争，并不是一种理性的企业行为，因为大众真正需要的并不是最低价格而是与性能相适应的合理价格。

　　杭州国芯(NationalChip)作为一家芯片设计公司，通过不断的技术创新和产品创新，并且结合不同的细化市场定位，推出适合消费者需求的高性价比芯片产品，例如开发各类数字电视信道解调芯片和信源解码芯片，或解调解码集成单芯片。