嵌入式系统技术趋势访谈

　　随着后电脑时代的来临，消费电子成为市场的主要驱动力；而在消费电子中，32位嵌入式CPU占了主导地位。

　　针对不同的消费产品，消费者的要求也不尽相同。例如：汽车电子产品的稳定和安全性非常重要，而对蓝牙产品可能更关心价格。当然，对于功耗问题的关注却是几乎涵盖所有消费产品的要求。

　　对于开发者而言，ARM架构以及相关软件的前后兼容性对于他们加快开发周期、缩短产品上市时间是非常重要的。并且，对于消费电子产品而言，传统的“摩尔定律”已经不是特别重要的，更重要的是在提供性能的同时，能够有效地降低功耗和芯片面积。

　　为了满足市场对消费电子产品的种种需求，ARM也不断开发和完善技术，推出了一系列有针对性的创新技术。例如：智能能源管理(IEM)技术能够有效地降低嵌入式系统的功耗；TrustZone技术能够为系统提供硬件级的安全保护，满足了用户、内容提供商以及运营商对内容安全性的要求；Thumb2指令集有效地降低了代码密度，节省了系统内存使用，从而降低了系统成本；Jazelle技术提供了在硬件中执行Java加速功能，为系统提供了更好的多媒体性能。

ARM中国总裁 谭军博士

　　Atmel一直在扩展基于ARM技术的32位微控制器产品，ARM是主要的工业标准32位微控制器架构。因此它获得大量开发工具、编译器、操作系统 (如WinCE、 Linux以及多种实时操作系统)，和应用程序模块等的支持。这些都使得基于ARM的嵌入式系统具有得天独厚的优势。

　　Atmel ARM微控制器的主要特性包括有：

　　高系统集成度：片上闪存和RAM；以及用于片外内存和内存映像设备、系统外设、通信/网络外设、模拟输入/输出和功率管理电路的外部总线接口。

　　高内部数据带宽：采用外设 DMA 控制器，让数据传输运作可以独立于处理器。

　　为所有主流的网络/通信协议如以太网 (Ethernet)、USB和 CAN等提供片上支持。

　　图像支持，包括LCD控制器和2维图形加速器。

　　低功耗：在不使用处理器和外设时，可以利用片上功率管理功能来减慢或停止处理器和外设的时钟。

　    适合多样化的应用。

　　大量可用的支持软件，包括外设驱动程序、通信协议堆栈、编译器、操作系统和应用程序代码模块。这些支持由业界领先的第三方供应商合作提供。

　　配备高效的系统内编程工具 (SAM-BA)，可快速实现软件升级。

　　整个产品系列都兼容的代码。

Atmel ARM 微控制器产品技术市场经理  Pierre Roux

         NXP半导体多重市场半导体部门中国区高级产品市场经理   金宇杰

　　在32位市场中，性能强、功耗低的ARM CPU处于主导地位。它不但在高中端嵌入式应用和设计中成为主流，而且随着32位CPU价格的不断下降和开发环境的日益成熟，逐渐挤压原先由8位微控制器主导的应用空间。而8位MCU基本上已处于成熟期。

　　在MCU市场中，因性能和价格的差异，存在着8位、 16位和 32位的市场划分。NXP的LPC2000系列是采用ARM7内核的32位MCU，极具价格竞争力，可支持整个行业从8位发展到32位。通过消除价格差，NXP公司让制造商们能够以较低价格享用更高的处理能力。NXP公司认为，客户期望的是具有8位MCU功耗、价格和物理尺寸的32位处理器，而LPC2000系列正是具有这样性能的微处理器。基于这样的设计理念，NXP公司推出了一系列具有极高性价比的产品，成为32位MCU市场的主导厂商。

　　为支持8位到32位的产业转移，NXP公司已推出一系列集成高达512K的片上闪存的微处理器，近期又完成了1M片上闪存的32位微处理器。

　　虽然就整体而言，8位和16位市场增长依然缓慢，但该市场的可重编程产品部分却继续保持了较快的增长速度。可重编程的单片机是指那些以闪存作为其主存储的器件，用户可以轻松地对在这些单片机上运行的软件进行定义或重定义。采用可重编程单片机的用户在开发和制造最终产品的过程中，将获得非常大的灵活性。

　　Microchip的策略是通过一系列产品、开发工具和软件来为整个8位和16位单片机市场服务，让用户能够轻松、快速地开发出他们的应用，当应用需求发生变动时能够在各类Microchip单片机产品之间进行无缝迁移，确保单片机功能集成水平最优化，以便让用户开发出成本经济性最佳的解决方案。简而言之，Microchip希望能让用户快速、轻松地开发出具有创新性的解决方案，并使之获得成功和赢利。

Microchip 先进单片机及存储产品部副总裁 Ganesh Moorthy

　　目前为止8位MCU市场在全球 MCU市场中依然占据着巨大的比例—无论是在销售收入还是在数量上。应用范围涵盖了从白色家电、PC·AV产品到医疗保健仪器等各个方面。中国应当是8位MCU的最大消费市场。

　　16位MCU市场，曾一度受到8位MCU和32位MCU产品的冲击，当时一度认为其市场规模将会缩小，但目前依然维持着一定的规模。其原因在于8位MCU的功能和性能，有时不能满足产品的应用需求，必须使用16位MCU(例如，AV、工业机器应用)。

　　16位MCU市场中，汽车电子应用被预测为最大的应用领域，其应用正在不断持续扩大。中国16位MCU市场的规模目前还相对较小，但今后将不断扩大。

　　强化其MCU产品的接口配置，包括Zigbee，CAN/LIN，USB，EtherNet，Flex Ray，SIM、 Smart Card等等，将成为瑞萨的研发重点。对于中国市场，将展开QzROM以及R8C/Tiny新产品的开发。

瑞萨半导体管理(中国)有限公司MPP(MCU)营业技术部长铃木次男

　　 MCU的集成化将减少典型的最终用户装置的总的材料清单成本和元件数，而且，随着总系统的物理尺寸变得更小，它所占用的PCB的空间也更少。ZiLOG已经遵循了这样的集成模式，扩展了外设，增加了所有其最近推出的产品的价值和功能度，例如，其Z8 Encore！XP和Z8 Encore！ MC。自从这两种产品推出以来，都一直是极其成功的产品线。

　　ZiLOG认识到MCU在中国的应用范围很广，从消费类“白色商品”和汽车电子中简单易懂的嵌入式控制器，到更为高级的、需要具有通信和网络连接功能的嵌入式MCU的应用。不过，就中国所有的MCU应用而言，开发和制造成本是MCU应用时所关心的焦点。至于嵌入式MCU应用，无论是冰箱还是需要互联网连接的产品，对于中国国内竞争性的制造业而言，BOM表是压倒一切的决定性因素，对整个亚洲来说，在很大程度上也是如此。ZiLOG还认识到，交付一个行得通的MCU解决方案的一个关键，是必须为中国的设计者和工程师提供买得起的设计工具。

　　ZiLOG相信8位技术还将继续繁荣下去，原因如下：

　　对8bit微控制器的编程简单、易行——在缩短最终产品上市时间方面是一个显著的因素；8bit微控制器的基于C的编程很容易掌握。

　　采用闪存后，8bit微控制器可以在开发中方便地进行重编程—这鼓励人们对不同的设计方法进行广泛的试验而不必过度消耗资源，或者增加开发成本。

　　将设计思想包封在相对简单的8bit架构中的能力——使用若干个8bit微控制器来划分任务，并在设计问题出现时简化故障排查。

　　当前向着更小的芯片和封装的技术发展支持了微控制器能以更小的外形实现更多的功能——这使得PCB面积占用方面出现了多达25％的面积减少，对于当今的手持式和个人电子产品来说是一个决定性的优点。

　　8bit微控制器可以控制高达16MB的内存，而且可以控制一系列数字外设。

　　ZiLOG技术和运营执行副总裁Norman Sheridan博士

　　MSP430超低功耗微控制器产品线作为TI非常重要的产品线之一，最近几年在全球取得了巨大的商业成功，每年的业绩成长都超过50%。随着业界对8/16位微控制器的功耗和集成度提出越来越高的要求,MSP430逐渐成为8/16位微控制器应用领域内的明星产品。

　　TI的MSP430微控制器能够在众多的8/16位微控制器产品中脱颖而出，主要是因为MSP430微控制器有以下特点:

　　1. 超低功耗架构, 针对电池供电的应有可大幅延长电池寿命

　　RAM 保持模式仅消耗0.1uA

　　实时时钟模式仅消耗0.8uA

　　工作模式仅消耗250uA/MIPS

　　2. 丰富的模拟/智能外设集成

　　丰富的模拟外设(包括10/12/16位ADC，12位DAC，比较器，运算放大器，电源电压监控...)集成可降低系统成本并提高系统稳定性

　　智能外设(包括具备自动扫描功能和硬件启动转换触发的模数转换器，DMA数据传输机制)可节约CPU的资源

　　3. 完整丰富的产品队列 (超过100个器件覆盖从1KB到120KB flash 大小，从4管脚到100管脚的不同选择)满足不同客户的需求

　　4. 现代的16 位 RISC CPU 以更精简的代码支持各种应用

　　5. 通用的开发工具和在线调试功能可降低开发难度, 缩短产品研发周期

　　展望未来，TI会不断的推出满足客户不同需求的MSP430新器件，包括更低的功耗，更高的性能和更多高性能外设的新产品，其中正在定义设计的MSP430X5XX产品系列可运行在25MHz主频，提供USB/Zigbee等新的外设接口。随着越来越多的MSP430新器件的推出，MSP430必将成为8/16位微控制器应用的主流产品。

德州仪器半导体事业部MSP430中国区业务拓展经理  刁勇

　　用户期待着应用中实现功能特色丰富的功能集成；消费者要求能获得娱乐技术中的最新和最好的成果，如便携式媒体播放器、音频接收机、数字视频接收机、卫星收音机、移动电视和车内导航单元。Analog Device的32bit处理器，Blackfin和SHARC，能满足这些应用的带宽和灵活性要求，而且超出了消费者的需求。

　　传统的DSP偏执地专注于实时应用。不过，会聚处理器，如Blackfin，为开发者打开了发明创造的新天地。为了满足当今会聚应用的需求，一个嵌入式的处理器应该与一个经典的ASIC实现的需求想符，特别是在处理性能和功率效率方面；对于一个通用处理器实现的需求而言，该嵌入式处理器还必须具备低延迟、优化的数据流、内存利用率和通过网络的可升级性。会聚级处理器应该能集成那些能促进信号处理功能的组件，如DMA控制器和外设，包括MCU类的外设集，例如I/O标志，以实现嵌入式的控制和强大的RTOS平台。

　　ADI发现了Blackfin处理器及其可编程架构所具备的优势。ASIC是一种硬化的技术，FPGA尽管可编程，却极为昂贵，而且灵活性有限。Blackfin吸收了微控制器(MCU)技术的控制功能，而这是ASIC和FPGA所无法提供的，Blackfin还具备软件可编程性，这使得设计者能实时升级设计，省下产品重新设计的过程，并延长最终产品的货架寿命。

　　下一代会聚应用将超越MCU级控制需求，将要求微处理器级的性能和企业级的应用处理任务。高速数据流将通过宽带通信通道流动，高端处理应用和高速网络数据流的支持将包括管理所有的人机接口、装置间通信和全系统范围内的控制功能。

ADI公司会聚平台与业务部亚太区市场业务总监  Todd Borkowski

　　最近FPGA厂商在其产品中加入了更多的DSP功能，FPGA也可以实现以往由DSP来实现的标准和算法，在复杂的应用中FPGA可以用作DSP的协处理器分担DSP的处理任务，有些应用FPGA甚至可以替代DSP。对这一趋势，TI也持有自己的观点和看法。

　　FPGA属于硬件可编程器件，而DSP是软件可编程处理器，因此不难理解FPGA在发展中确实需要考虑增加软件处理单元以增加实现一些算法标准的灵活性。当然在一些复杂的应用中DSP也确实需要增加一些处理单元来协调工作，而FPGA自然是一种选择。不过在大多数的情况下，FPGA还是难以取代DSP的，特别是对于批量生产的产品往往FPGA的价格偏高。另外基于DSP的产品的更新换代较FPGA要容易得多，因为在DSP的产品规划中硬件结构不会有太大变动，而软件具有更多的兼容性和再用性。

　　未来数字媒体的市场需求巨大，这也是DSP发展的一个最重要的方向， TI新的达芬奇平台将不断发展出更加细化的产品系列，然而其结构基本是DSP、ARM、视频加速器、视频前端处理，以及外设的高度集成，当然其中也有各种不同的配置与优化组合。在运算速度方面，DSP将以600MHz为基础，进而提高到720MHz、850MHz，甚至到1GHz，同时也考虑持续降低功耗。在发展硬件平台的同时，软件发展也是TI未来的重要战略，围绕达芬奇技术平台，TI已经可以提供完善的数字视频、音像、语音和音频软件包，今后还将推出更为完善的数字媒体软件。

TI半导体技术(上海)有限公司DSP业务发展经理郑小龙

　　越来越多的嵌入式开发人员利用FPGA的并行处理结构来提升系统性能。无论是采用传统的CPU、专用协处理器还是以某种组合方式来实现多处理器设计，都已经成为当今主流商用产品常用的开发方法。开发人员将设计进行划分，部分C代码作为硬件模块(加速器)在FPGA中运行，因此，不必提高处理器频率便可以提升系统性能。与通用CPU相比，硬件加速器每时钟周期能够执行更多的运算操作，显著的提高了性能。但是，到目前为止，Nios II处理器的硬件加速器承担软件任务仍然是手动实现，只有那些掌握了RTL模块系统生成、测试、集成工具，并具有这方面经验的开发人员才能够很好的使用这种方法。

　　为了进一步给越来越多的Nios用户提供更好的支持，Altera开发了Nios II C语言至硬件加速编译器(C2H编译器)，能够自动生成和集成硬件加速器。Nios II用户使用Nios II集成开发环境(IDE)来迅速分析软件性能，然后选择对时间要求较高的C子程序，右键单击，将其转换为硬件加速器--以前需要几个星期才能完成的任务，现在只需要几分钟的时间。

　　Nios II C语言至硬件加速(C2H)编译器是为Nios II系统开发人员提供新的效能工具，该工具能够有效的提高嵌入式软件的性能。由于越来越多的嵌入式设计使用了FPGA，因此，Nios II C2H编译器的目的是帮助嵌入式系统开发人员提高效率，实现成功的设计。作为Nios II C2H编译器的一部分，Altera还允许第三方工具供应商使用其系统级基本结构，包括Quartus II SOPC Builder工具，以促进多种电子系统级(ESL)设计工具的开发。

Altera亚太区市场行销总监梁乐观先生

　　Xilinx公司不断采用最先进的工艺技术来开发最高性能的FPGA，同时还投资利用成熟的工艺技术来提供最具成本竞争力的解决方案。

　　例如，Xilinx的技术从90nm发展到65nm这一新的高度，为客户带来显著的益处，其中包括更高的性能、更低的功耗和更优的集成度。这些最终都使得系统成本进一步降低。Xilinx自己进行的研究以及与客户的深入沟通都表明，在有线和无线通信基础设施、存储和服务器、视频以及图像、航空航天和国防应用中对高端FPGA设计人员的需求都非常急迫。Virtex-4在性能、功耗和功能方面都是90nm时代当之无愧的高端FPGA。与Virtex-4相比，Virtex-5性能又提高了30%，动态功耗(可比的静态功耗)降低35%，并且在同样的面积内提供了多65%的逻辑资源。在市场上率先推出65nm工艺的高性能FPGA系列，Xilinx可以领先于我们的竞争对手为客户提供上述所有这些好处。

　　另一个例子，Xilinx还推出了新的Spartan-3系列产品来满足对于最低成本FPGA的不同设计需要。目前，Xilinx有针对低功耗应用的Spartan 3L、针对逻辑门优化解决方案的Spartan 3E以及针对更高性能(更多逻辑门数量和I/O数量)成本经济解决方案的Spartan 3。
　　最后要强调的一点也相当重要，利用最新工艺技术，Xilinx FPGA与ASSP或ASIC之间的性能和成本差距进一步缩小。Xilinx FPGA提供的灵活性和成本效率，再加上大批量生产时的Easypath解决方案，使得客户在从设计原型到大批量生产的各个阶段都能够以尽可能最低成本完成设计并实现最终产品的差异化。

Xilinx 公司亚太区市场营销总监郑馨南

　　Actel集中于三大关键市场领域发展：以价值为基础的FPGA、可编程系统芯片和系统关键器件。以价值导向的市场即10美元以下的FPGA，经常用作替代ASIC产品 (如ProASIC3和最新推出的IGLOO系列)；可编程系统芯片市场由那些需要将系统功能集成在单一芯片 (如混合信号Fusion 　　FPGA) 中的系统开发人员所组成；而系统关键市场定位于那些不能容忍系统失效和系统安全破坏的应用场合 。Actel将继续开发新技术，以满足这些不断前进市场的需要。

　　虽然不能代表竞争对手发言，但我们相信Flash将是FPGA产业中颇具增长潜力的重要领域。目前增长最快的是10美元以下的FPGA市场。Flash技术有其独特之处，可将非挥发性和可重编程性集成于单芯片的解决方案中，而且成本效益非常高，使其在不断增长的10美元以下FPGA市场上占据主导地位。

　　采用电池供电的应用 (如无线手持式设备和多媒体播放器) 的增长刺激了低功耗半导体的需求，而且这个趋势将继续推动半导体向毫微安级器件发展。低功耗 FPGA 市场是刚刚开始展露其潜力的庞大市场。

　　2006年8月，Actel推出了业界功耗最低的现场可编程门阵列 (FPGA) 产品IGLOO系列。这个以 Flash 为基础产品系列的静态功耗为5mW，是最接近竞争产品功耗的四分之一；与目前领先的PLD产品比较，更可延长便携式应用的电池寿命达5倍，因而奠定了低功耗的新标准。由于便携式产品的生命周期短及市场竞争激烈，设计人员必需不断增加新的功能和复杂性，但却不能耗用更多的电池能量。这个需求使得可重编程及全功能的Actel IGLOO 方案别具吸引力，足以取代ASIC和 CPLD在便携式产品中的应用。

Actel公司硅产品市务总监 Martin Mason

　　虽然目前FPGA产品最广泛的应用是在通讯领域，但消费电子市场已经成为FPGA产品应用的新的领域，且市场前景更加广阔。便携式电子产品首要的要求就是电池寿命，这也正是让工程师头疼的问题，并且成为FPGA在消费类电子广泛应用的瓶颈。QuickLogic多年致力于FPGA低功耗产品研发的技术优势恰恰符合这一市场的发展要求。值得一提的是QuickLogic的低功耗FPGA产品在提升性能的同时，不仅显著降低了自身器件的功耗，而且它还可以降低整个系统的功耗，这点对于系统工程师而言将是一剂“妙药”。

　　QuickLogic基于专利ViaLink可编程互联技术，专注于低功耗技术领域，以低功耗FPGA产品为各种以电池供电的设备提供新选择。自QuickLogic推出低功耗的EclipseII FPGA产品以来，用户的应用效果促使QuickLogic进一步开发出新的FPGA产品PolarPro。这是一种新的逻辑单元结构，可满足功耗敏感的应用需求。

QuickLogic亚太区总经理冯远辉

　　在2003年以前，那时基本上没有DSO的概念，大家都在谈Embedded(嵌入式)。当时，设备软件这个领域还比较简单，设备之间互联互通的要求也不高，但是现在，设备产品的市场生命周期加速，设备之中的软件变得越来越多、越来越复杂，设备之间互通性、安全性的要求也越来越高，因此软件所要提供的价值就越来越高，其重要性使得更高层的管理者，比如电子产品制造企业的副总裁，都必须了解和介入其软件开发工具的购买和使用过程。这是一个很大的变化，也是一个新的目标，所以需要一个新的术语来描述和覆盖这种变化，同时唤起人们对这种变化的意识，加速这种变化的进程，使软件这个领域对于设备制造商的价值越来越大。这个新的概念就是DSO。

　　Wind River率先提出了DSO概念，不仅突破了传统Embedded (嵌入式系统) 封闭性及单一性的限制，而且为应用开发提供了更好的平台，为电子设备制造厂商带来了新的机会。DSO (Device Software Optimization,设备软件优化)是一套帮助电子制造厂商快速开发设备软件并提升可靠性的工具和方法，并且可以让这些软件的开发成本大幅度降低。同时，软件可靠性的提升将会大幅度降低产品的维护成本。

　　Wind River系统公司首席市场官John Bruggeman

　　从嵌入式开发平台的角度来看，主要分为以下几类：

　　 以Windows CE和Linux为代表的、以高端应用为目标的嵌入式软件平台；

　　以DeltaOS、VxWorks、INTEGRITY和NUCLEUS为代表的、传统嵌入式应用为目标的嵌入式软件平台；

　　以Symbian、PalmOS为代表的、面向特定应用领域的行业性软件平台；

　　 以配套特定应用为目的、非公开应用的专属性软件平台。

　　对于以上类型的开发平台，应该说都拥有较大的应用范围。从科银京成的业务情况来看，以第二种情况为基础，对于其他情况都有所涉足。对于第一种情况，科银京成通过Lambda开发工具支持Linux的方式进行提供；对于第二种方式，通过Lambda同DeltaOS的紧密集成，已经实现了LambdaPRO嵌入式软件平台；对于第三种方式，科银京成已经同多个应用领域结合，为这些行业开发软件平台；对于第四种方式，科银京成也提供相应的服务，为特殊应用定制软件平台。

北京科银京成技术有限公司 副董事长/总经理朱明远

　　麦克泰致力技术导向和中国特点相结合的市场策略，95年公司介绍的VRTX是世界上第一个商业RTOS， VRTX在中国有百余家用户，应用遍及各行各业。XRAY/MRI/EST编译调试工具更是华为等国内通讯企业开发68K/PPC CPU的主要工具软件。

　　2002年麦克泰认为Linux将在嵌入式系统成为主要的OS，逐渐替代传统的RTOS，公司在国内推广的Montavista Linux 是国内使用最广泛和成功的商业Linux的产品，用户包括中兴,大唐智能手机和华为通讯终端，DLINK网络产品等数百家用户，麦克泰的BDI2000工具和QTOPIA图形软件也是嵌入式Linux使用相当广泛的工具和中间件。麦克泰推广的uc/OS-II 微型RTOS已经在国内工业控制，仪表和消费电子等行业广泛应用，正版授权的用户越来越多。以支持微控制器和手机软件开发为主的IAR EW和OpenICE软件工具的销售和市场知名度也大幅度提高。

　　把握嵌入式技术的脉搏，结合中国国情，坚持平台和工具，关注和学习行业应用是麦克泰过去成功和未来发展的基础。

北京麦克泰软件技术公司  何小庆

　　在业界领先的实时操作系统有Enea的OSE，Windriver的VxWorks，Montavista Linux，QNX，Nuclues，ThreadX，INTEGRITY和DSP/BIOS等。其中Enea的OSE RTOS可以同时支持RISC、DSP和MCU体系结构，极大地提高了应用软件的移植性。OSE开始于80年代，如今已被广泛应用于电信、无线、汽车、消费类电子、工控、航空航天和医药等领域。

　　Enea OSE是专门为复杂的电信系统设计优化的嵌入式实时操作系统，支持RISC和DSP体系结构，如PPC/ARM/MIPS和TI、Freescale、ADI、ZSP、StarCore、ST和Agere 的DSP等。OSE的直接消息传递机制极大地简化了系统的软件设计，非常方便的支持多核/多处理器/多DSP的系统体系结构。

　　随着软件复杂度的增加和产品上市时间的压力，很多电信厂商认为只有RTOS是不能满足要求的，同时又对实时数据库、中间件和电信平台提出了需求。于是，Enea开发出电信网络应用服务平台：NASP(如图)，其中硬件包括：RISC、CISC和DSP体系结构；软件包括OSE实时操作系统、Linux操作系统、进程间通讯(LINX)模块、Eclipse开发工具、实时数据库、中间件等。这种平台为今天很多复杂的电信应用提供了一个完整的平台解决方案。

                                  Enea(中国)嵌入式资深应用工程师　张永军