提到處理器，人們往往會(huì)覺(jué)得嵌入式系統(tǒng)遠(yuǎn)不如它的堂兄弟臺(tái)式電腦風(fēng)光。但是Intel，AMD以及其他一些廠商，正開(kāi)始將目光轉(zhuǎn)向嵌入式市場(chǎng)，它們發(fā)現(xiàn)自動(dòng)控制應(yīng)用領(lǐng)域能最快地從新開(kāi)發(fā)的技術(shù)中獲益。 Matt Chang是Opto22公司的一名硬件工程師。該公司位于美國(guó)加州Temecula，是知名的硬件生產(chǎn)商和軟件開(kāi)發(fā)商。Chang一直從事于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，在這個(gè)過(guò)程中，嵌入式控制芯片的固有缺陷曾經(jīng)覺(jué)得很頭疼。使用嵌入式芯片需要占用額外的空間，而這將會(huì)增加成本，消耗能源。因此，包括他自己在內(nèi)的大部分自動(dòng)化硬件設(shè)計(jì)師，都不太愿意選用嵌入式芯片。 　　 不過(guò)現(xiàn)在，他不再為這個(gè)問(wèn)題發(fā)愁了。Chang說(shuō)：“目前半導(dǎo)體行業(yè)最新的產(chǎn)品已經(jīng)可以解決這個(gè)問(wèn)題了”。 　　 隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的發(fā)展，他解釋道，晶體管的封裝密度大大增加，從而在極小的空間內(nèi)就可實(shí)現(xiàn)特定的功能。另外，像以太網(wǎng)或無(wú)線通訊這些過(guò)去的高新技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)很普遍。對(duì)于Opto 22公司來(lái)說(shuō)，使用現(xiàn)成的半導(dǎo)體就可以進(jìn)行專用設(shè)計(jì)，芯片成本明顯下降，集成水平也獲得了相當(dāng)程度的提高。 　　 這種情況并不只是發(fā)生在Opto 22公司，受益的廠家也不只這一家。讓我們看看下面幾家半導(dǎo)體廠商的情況就可以了解嵌入式芯片現(xiàn)今以及將來(lái)發(fā)展的情況。 [align=center] 圖1：對(duì)于嵌入式市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，Intel提供了生命周期長(zhǎng)達(dá)5－7年的解決方案， 就像現(xiàn)在的酷睿雙核處理器和Q965芯片組。過(guò)去，這樣先進(jìn)的芯片 投放在嵌入式市場(chǎng)的時(shí)間會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于桌面電腦， 而現(xiàn)在，這個(gè)差距幾乎為零。[/align] 在Intel 　　 眾所周知，Intel公司坐落于加州的Santa Clara，以制造微處理器而聞名。Intel嵌入式通信集團(tuán)區(qū)域市場(chǎng)經(jīng)理Phil Ames告訴作者，在INTEL進(jìn)軍PC市場(chǎng)前，一度作為世界最大的芯片供給廠商在嵌入式系統(tǒng)的市場(chǎng)上享有盛名。 　　 今年1月，Intel公司宣布制造出了首款采用45納米生產(chǎn)工藝的晶體管，這是在目前芯片技術(shù)上的突破，這意味著在針尖大小的地方就可以容納3千萬(wàn)個(gè)這種晶體管。公司預(yù)計(jì)在下半年開(kāi)始投入生產(chǎn)。如果是在五年前，這項(xiàng)技術(shù)突破對(duì)于嵌入式芯片意義不大，因?yàn)椋谇度胧郊夹g(shù)和最先進(jìn)的處理器之間存在著嚴(yán)重的滯后，兩者之間至少存在2年的差距。現(xiàn)在不需要再擔(dān)心這個(gè)問(wèn)題了，Ames說(shuō)，“現(xiàn)在基本上已經(jīng)沒(méi)有滯后了”。 　　 他提到了2006年的兩件事，Intel公司宣布將多核技術(shù)用于臺(tái)式電腦后，短短幾星期內(nèi)，與之兼容的嵌入式芯片就生產(chǎn)出來(lái)了。這種先進(jìn)技術(shù)在很多方面都會(huì)有利于自動(dòng)化應(yīng)用的發(fā)展。 　　 例如，帶有多個(gè)獨(dú)立處理器的芯片，可以保證在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，一個(gè)處理器用于操控自控機(jī)械，另一個(gè)處理器可以用于企業(yè)運(yùn)營(yíng)。因此，整個(gè)控制系統(tǒng)無(wú)論對(duì)于處理循環(huán)進(jìn)程和系統(tǒng)內(nèi)存，都不會(huì)出現(xiàn)供不應(yīng)求的狀況。Ames提到更大的優(yōu)勢(shì)在于有足夠大的內(nèi)存空間來(lái)處理工作，可以降低能耗。實(shí)驗(yàn)表明，同樣完成兩次操作，和單核處理器比較，雙核耗能減少40％——降低能耗，這是嵌入式技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)。 　　 不是每一款I(lǐng)ntel芯片都是嵌入式的。公司會(huì)同時(shí)對(duì)芯片及其制造工藝進(jìn)行考察，以保證在五到七年中，公司對(duì)該款產(chǎn)品都有足夠的生產(chǎn)力和供應(yīng)量。Intel這么做，是因?yàn)楣I(yè)級(jí)應(yīng)用產(chǎn)品比普通的消費(fèi)品使用壽命長(zhǎng)，在斥巨資投產(chǎn)之前，必須確定所選的產(chǎn)品有長(zhǎng)效的使用壽命?！耙坏┛疾焱瓿桑覀兡軌虮ＷC這些產(chǎn)品的使用壽命，這些產(chǎn)品就可以投入使用或是作為嵌入式芯片的樣品，這與我們臺(tái)式機(jī)配置的處理程序稍有不同?！盇mes說(shuō)。 [align=center] 圖2：嵌入式應(yīng)用的主板經(jīng)過(guò)來(lái)自各方、而不僅僅是芯片制造商的的試用和檢驗(yàn)。 這個(gè)過(guò)程可以確保最新型的芯片在這些應(yīng)用中正常工作。這些主板配置不同， 可以支持處理器、接口和軟件的不同組合。 [/align] 與此同時(shí)，在另一個(gè)小鎮(zhèn)里 　　 AMD公司，位于加州的Sunnyvale，是INTEL公司的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，也是嵌入式芯片的主要供應(yīng)商。AMD的嵌入式策略管理部門的區(qū)域經(jīng)理Jeff Chu說(shuō)，他說(shuō)，同等程度的操作過(guò)程，服務(wù)器和嵌入式之間的技術(shù)滯后現(xiàn)在大概是六個(gè)月左右，比以前的嚴(yán)重滯后已經(jīng)有了很大的改善。 　　 Chu說(shuō)，不論發(fā)布何種新產(chǎn)品，AMD公司都采用最新的技術(shù)以適應(yīng)嵌入式市場(chǎng)的需要，包括產(chǎn)品的使用壽命，以及產(chǎn)品的能量損耗這些要求。例如，他提到，AMD發(fā)布了雙核Athlon芯片，配備了額定功率35瓦特的電源，足以滿足更高端的嵌入式應(yīng)用。然而，處理器也可以將電源功率設(shè)定為12瓦。“你可以調(diào)節(jié)電源功率以降低能耗?！盋hu說(shuō)。 　　 這種可選擇功率的處理器應(yīng)用在工業(yè)用的單片機(jī)中。同時(shí)AMD還推出Geode系列的產(chǎn)品，Geode是一種結(jié)構(gòu)緊湊且低功率的處理器，配備通用1.3瓦特電源，運(yùn)行頻率為433MHz。這類產(chǎn)品在最大變化范圍和最大可用范圍內(nèi),可以運(yùn)行所有微軟視窗和基于Linux的應(yīng)用軟件，可以訪問(wèn)所有32位的X86軟件。Geode系列的最新的版本目前的電源功率為通用2.6瓦特, 運(yùn)行頻率為600MHz。 　　 AMD公司也不是每一款新型芯片都走嵌入式路線。一方面是因?yàn)?，五年?lái)，公司致力于嵌入式產(chǎn)品的供應(yīng)，并在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)要確保該產(chǎn)品的供給。除此而外，為保證產(chǎn)品的長(zhǎng)期使用壽命，需要認(rèn)證機(jī)構(gòu)，如聯(lián)邦航空管理局的認(rèn)證。在某些情況下，一旦特定系統(tǒng)通過(guò)驗(yàn)證，那它和它的內(nèi)在部分就不能再改變了。因此，AMD不可能完全不考慮這些因素就做出生產(chǎn)的決定。 [align=center] 圖3：今天，嵌入式應(yīng)用的主板是和很多微處理器兼容的，包括雙核芯片， 并且具有多種接口，例如PCIExpress，PCI，USB以及以太網(wǎng)。 通過(guò)提供這些主板，芯片制造商也利用最先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)推動(dòng)嵌入式應(yīng)用發(fā)展。[/align] 個(gè)性化設(shè)計(jì) 　　 除了像英特爾、AMD等這些知名企業(yè)外，還有很多其他企業(yè)參與到嵌入式芯片的生產(chǎn)中。其中一家就是位于美國(guó)德州Austin的Freescale公司。2004年，它從Motorola（摩托羅拉公司）分離出來(lái)，目前已經(jīng)成為獨(dú)立的私有型企業(yè)。其在嵌入式控制器領(lǐng)域有超過(guò)十年的生產(chǎn)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。盡管資金投入不如一些較大的同類企業(yè)那么多，F(xiàn)reescale每年還是將超過(guò)十億美元的資金投入到各種半導(dǎo)體工藝的研究和開(kāi)發(fā)上。 　　 Freescale的移動(dòng)產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Jeff Bock提到，公司正在設(shè)法降低產(chǎn)品的能耗和價(jià)格。在能耗方面，公司給處理器搭建了新的芯片水平結(jié)構(gòu)，客戶可以控制芯片內(nèi)部的外圍線路的開(kāi)關(guān)。這種設(shè)計(jì)最初應(yīng)用在移動(dòng)設(shè)備，如今也越來(lái)越普遍地應(yīng)用在嵌入式芯片中。 　　 在嵌入式的內(nèi)部空間，Bock注意到從8位和16位芯片到32 位設(shè)備的變化趨勢(shì)。他指出，這種變化的出現(xiàn)，是源于可控區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN）的出現(xiàn)，以及像ZigBee這類用于短距離傳輸?shù)牡湍芎牡臒o(wú)線協(xié)議相繼出臺(tái)。利用這種通信協(xié)議的優(yōu)勢(shì)，人們逐漸摒棄了舊處理器，對(duì)芯片的要求日漸提高?！按蠹议_(kāi)始轉(zhuǎn)向32位通信技術(shù)開(kāi)發(fā)，追求更高水平的運(yùn)行性能?！盉ock如是說(shuō)。 　　 嵌入式處理器發(fā)展到最后，用戶需要的是為他們度身定制解決方案，而不僅僅只是一臺(tái)通用嵌入式處理器。以Rockwell公司為例，位于美國(guó)威斯康星州Milwaukee的Rockwell自控公司，是一家知名的自動(dòng)化供應(yīng)商。它的邏輯可編程自動(dòng)控制器非常有名。公司在半導(dǎo)體供應(yīng)市場(chǎng)并未占據(jù)很大份額，但它能夠自己設(shè)計(jì)芯片。 　　 Rockwell公司的控制器策略經(jīng)理Scott Tenorio解釋說(shuō)，目前公司決定采用這種特制芯片的開(kāi)發(fā)策略有很多原因。由于硅工業(yè)的發(fā)展，目前制造一個(gè)客戶端芯片所需的硅的價(jià)格并不是很昂貴。此外，公司采用這種開(kāi)發(fā)策略能夠確保芯片在位處理水平上保持良好的運(yùn)作，可以將芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得盡可能的緊湊，同時(shí)降低了能耗。 　　 但這并不意味著Rockwell只用自己的設(shè)計(jì)。這完全取決于項(xiàng)目需要，特殊應(yīng)用特別對(duì)待，采用最佳的解決方案?！拔覀円彩褂矛F(xiàn)成的解決方案?！盩enorio說(shuō)。 展望未來(lái) 　　 無(wú)論是按客戶需求特別設(shè)計(jì)還是通用處理器，嵌入式芯片發(fā)展大大受益于目前的半導(dǎo)體制造技術(shù)的發(fā)展，整個(gè)業(yè)界都遵循摩爾定律。早在40年前，Intel公司的創(chuàng)始人Gordon Moore總結(jié)出的摩爾定律指出，一塊處理器芯片上可集成的晶體管數(shù)量每隔不幾年就會(huì)翻一番。 　　 從芯片的發(fā)展史來(lái)看，芯片的尺寸按照每三年0.7的線性比例縮小。TI公司位于Dallas的高級(jí)研究員Bob Doering，說(shuō)，這個(gè)縮放比例有益于像TI這樣的公司推出價(jià)格更低廉，但功能卻更強(qiáng)大的產(chǎn)品。 　　 在90年代末期，這種線性變化大大加速了，變化時(shí)間從3年縮短到2.5年。在最近幾年變化幅度似乎有所減慢，而且慢慢和趨近歷史曲線。盡管未來(lái)不可預(yù)知，但可以推測(cè)。Doering認(rèn)為在2010年或者生產(chǎn)工藝技術(shù)達(dá)到32納米以前，變化的幅度不會(huì)再減慢。 　　 然而，2010年后的局面如霧里看花，難以揣測(cè)。有一種說(shuō)法稱技術(shù)上已經(jīng)完全有能力實(shí)現(xiàn)飛躍，然而經(jīng)濟(jì)上無(wú)法承擔(dān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)所需的高昂費(fèi)用。尤其是當(dāng)半導(dǎo)體光刻技術(shù)或是其他生產(chǎn)工藝有重大突破的話，相形之下，這種技術(shù)的開(kāi)發(fā)成本就太過(guò)昂貴，風(fēng)險(xiǎn)也太過(guò)巨大。 　　 盡管如此，Doering提醒說(shuō)，我們必須要重視行業(yè)內(nèi)的獨(dú)創(chuàng)性。當(dāng)前的行業(yè)熱點(diǎn)是浸沒(méi)式光刻技術(shù)，這是幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)顯微學(xué)技術(shù)在半導(dǎo)體制作上的實(shí)現(xiàn)。一旦這種解決顯影問(wèn)題的方案被開(kāi)發(fā)出來(lái)，摩爾定律就會(huì)被繼續(xù)沿用下去。就像Doering說(shuō)的，“我們的工程師非常善于緊跟最新技術(shù)的潮流?！?