嵌入式系统未来迎接新挑战

2008-08-11 13:32:22来源: 中国电子商情

  虽然嵌入式系统是近几年才风靡起来的,但是这个概念并非新近才出现。从上世纪七十年代单片机的出现,到今天各式各样的嵌入式微处理器、微控制器的大规模应用,嵌入式系统已经拥有了三十多年的发展历史。

  目前,嵌入式系统已经渗透到人们生活中的每个角落,例如工业、服务业、消费电子、医疗电子等,而嵌入式系统本身也已经发展成为一项金额庞大的产业,据数据调查机构Gartner的研究报告指出,全球32位及64位嵌入式产品到2012年产值将可达120亿美元,年复合增长率可达7%。

嵌入式系统的定义

  根据IEEE(国际电机工程师协会)的定义,嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”。这主要是从应用上加以定义,从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体,还可以涵盖机械等附属装置。 

  不过上述定义并不能充分体现出嵌入式系统的精髓,目前国内一个普遍被认同的定义是“以应用为中心、以电脑技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用电脑系统。”

根据这个定义,可以从几方面来理解嵌入式系统:
  •嵌入式系统与应用紧密结合,具有很强的专用性,必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用; 
  •嵌入式系统是将先进的电脑技术、半导体技术及电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物,这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度 分散、不断创新的知识集成系统;
  •嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪,满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。所以,如果能建立相对通用的软硬件基础,然后在其上开发出适应各种需要的系统,应该是一个比较好的发展模式。

  实际上,嵌入式系统本身是一个外延极广的名词,凡是与产品结合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统,而且有时很难以给它下一个准确的定义。现在人们所讲的嵌入式系统,在某种程度上是指近些年比较热门的具有操作系统的嵌入式系统。

未来嵌入式系统应用关键

  现代嵌入式产品的样貌变化相当大,例如消费性电子产品、数字家电、通讯系统、存储系统等,因此运算能力需求也是复杂多元,与过去单纯只需要简单运算大不相同。AMD解决方案部门总监暨总经理Buddy Broeker指出,以目前核心运算能力发展趋势来看,只注重处理器能力的运算模式已经走到尽头,在X86系统架构下,CPU与GPU的效能同时领导PC架构的发展,同样,嵌入式系统与应用程序也越来越需要CPU与GPU的效能。

  X86架构的处理器效能越来越强大,但是拜工艺与技术进步所赐,价格也越来越低,需要耗用的电力也逐渐下降,实际上,嵌入式市场也同时能够享受这些新技术的好处。在GPU运算能力方面,过去七年来更有惊人发展,甚至超过摩尔定律,性能几乎每年翻倍增长。

  那么,CPU与GPU的发展,究竟与嵌入式市场有着怎样的关连性呢?以自动取款机ATM为例,目前许多ATM已装有多个显示器,除主要显示功能外,两个以上的显示器也可以显示更多信息与广告,为处理更高像素的影像与解码能力,ATM也开始需要更强大的运算与显示能力。另外还有瘦客户机Thin Client系统与打印机这类事务机器,传统上并不需要显示功能,不过目前越来越多此类机型换装强大的显示功能,提供更多元应用。

  Buddy Broeker在接受媒体专访时表示,针对嵌入式市场,AMD认为电信、储存以及客户端应用将成为主要市场趋势。所以,除了提供处理器与芯片组搭配外,还会通过开发工具提供或技术协助,让用户能够快速、简易地进行产品设计。另外针对特殊应用领域,AMD内部也有不同团队为客户服务。在CPU与GPU结合之后,嵌入式产品的下一步发展重点依旧是低功耗、小尺寸,以及以最重要的客户需求为主。Buddy Broeker指出,与竞争对手的庞大资源相比,AMD没有太多的资源用来拉长战线,进行全面竞争,因此必须要以有限的资源为基础,采用精致方式,进行稳固发展。

嵌入式系统设计无法回避的挑战

  消费类电子产品是嵌入式系统中极具发展潜力的明星产品,根据统计,又以蓝光DVD、数字电视、机顶盒等产品的未来发展最被看好,而如何设计出针对这类产品的最佳化嵌入式系统,则是相当大的挑战。

  MIPS处理器事业群行销副总裁Jack Browne指出,以数字家庭来说,娱乐装置需要高像素与音效、家庭网络系统、更好的用户接口、强大的操作系统和更富弹性的设计。因此可以归纳出需要更强大的影音解码、安全性、JAVA效能、连结性、最好能够有复合泛用型的解决方案(如结合DBS、DTT、Cable与IPTV),因为这些需求在很多方面都会聚合,如解码能力、接口需求等。

  运算效能设计上的挑战,例如高像素影像与音效的解码能力,但是光有高效能还不够,还必须是低耗能。内存的频宽与迟延也必须同步增长。I/O的效能表现也必须增加,包括网络、硬盘、USB接口等。解决上述问题的设计,还必须兼顾成本与如期上市。

  手持装置也是相当重要的一个领域,根据统计,PMP、Moblie TV、PND都将有相当好的成长空间,在设计上的挑战更为艰巨,因为需要更小的组件。电源消耗也要控制得更好,增加装置的电池使用时间。效能需求也逐渐上扬,例如越来越多的手持装置也需要解码H.264高画质影片的能力。最好能够提供完整的解决方案,解除开发者的风险,能够准时上市。

  因应前述复杂需求,未来32位MCU将越来越重要,占有率将越来越高,因其能够提供更好的效能与功能,强于8位与16位MCU。此外,MCU的价值逐渐地由内存、协同处理器和外围设备所决定,因此完整的平台解决方案,也更受到重视。

  对于MIPS的未来经营策略,Jack Browne透露,针对不同客户,MIPS将持续提供更好的解决方案,除了现有高效能且低功耗处理器以外,MIPS还能提供更多不同工艺的模拟、混合讯号以及射频周边IP,对客户来说是降低研发成本、缩短研发时间与风险的理想选择。

  对于MIPS今年的产品布局,Jack Browne指出,消费性电子产品逐渐走入数字家庭领域,未来新应用系统将愈做愈大,功能要求也会愈来愈高,各种应用间的连结整合已成势不可挡的新趋势,加上嵌入式系统应用备受重视,尤其在8位MCU市场竞争更为激烈,获利空间压缩,可以预期未来32位MCU应用将快速成长,MIPS除持续投注已拥有高市占率的数字家庭与通讯市场外,也会投入高成长32位MCU市场、与移动式装置市场。Jack Browne表示,亚太地区已成为MIPS成长最快的市场,MIPS未来会持续关注亚太地区市场发展,拓展更多营销基地,通过这些布局可将MIPS的CPU跟模拟周边零件进行有效推广。 

关键字:嵌入式系统

编辑:梁朝斌 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2008/0811/article_243.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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