嵌入式系統核心世紀新戰局

本文作者:admin       點擊: 2008-09-08 00:00
前言:
從汽車電子、娛樂消費、工業自動化、網路寬頻、行動無線到醫療電子在在都是嵌入式系統應用市場所在。嵌入式系統過去主要要求產品特性的耗電要低,穩定性與安全性要高且多以控制功能為主,因此儼然是由4/8/16/32位元等各等級微控制器當道。但近年PC概念的連網與多媒體功能的需求逐漸浮現,如何在諸多嵌入式應用上加上豐富的功能而又保持原有的低耗電與穩定性,在技術上的挑戰驅動整個嵌入式產業鏈的進步。

今年嵌入式系統市場格外熱鬧,嵌入式處理器大廠們的動作頻頻,紛紛推出新世代產品來因應產品設計需求的轉變.尤其在Intel與微軟這對PC產業的軟硬體超級搭擋,一改過去對嵌入式市場策略較不積極的態度,大動作表態對嵌入式市場的雄心,令競爭態勢一向看似平和的嵌入式市場生態頓起暗潮洶湧.本文將藉介紹各主要32位元嵌入式處理器、控制器與作業系統供應商的重要策略,勾勒出嵌入式市場發展的輪廓。

處理器/控制器廠商動態
從技術趨勢來看,在低耗電且高效能的前提下,處理器等級朝奈米級半導體製程發展已是主流,主要的嵌入式處理器廠商也都有重大的策略提出,以下分就廠商動態簡介如下:

Freescale對下世代QorIQ通訊平台寄望大 
在網路、汽車與無線設備微控制器界位居大老地位的飛思卡爾以傳承自有PowerPC架構聞名,該公司為了因應匯聚型網路的發展趨勢,推出名為QorIQ[kor I-kyu]通訊平台。飛思卡爾新任台灣分公司總經理陳克錡表示, QorIQ通訊平台是現行Freescale PowerQUICC?通訊處理器演進到下一代的嵌入式多核心架構,卻兼顧向下相容性。此新世代平台適合的應用從連網家庭、服務多元的企業到不斷拓展的行動網路,它會以非常低的功率消耗,達到相當具競爭優勢的高效能。此外,由舊有架構轉移到多核心架構將會獲得Freescale長期的綠色生態承諾。

針對手機平台在連結性、多媒體、通話、資料/商用、軟體等方面匯聚的趨勢,Freescale特別推出MXC平台,來重新定義行動裝置架構。傳統的手機雙核心處理器包含CPU/DSP與CPU,這兩個處理器共享的資源(包括存取軟體與應用軟體)是相互衝突的,開放式作業系統需要額外的處理器與記憶體,此外,系統架構若要擴充困難性大。相比之下,MXC平台內有單獨負責存取軟體的DSP以及專職應用軟體的CPU,這兩塊功能區塊清楚獨立,整合二個OS更加容易,不論擴充或加層級都很彈性,如此成本得以降低,安全性更為強化。陳克錡表示,該公司現已積極對Smartphone ODM/OEM廠商推廣MXC平台的概念,廠商展現高度的興趣。

此外,對於微控制器市場的表現,位居汽車微控制器龍頭的飛思卡爾從8位元的S08,16位元S12(X)到32位元的Power Architechure MPC55xx等涵蓋車體各部位的MCU家族,還有因應Telematics&Infotainment導航應用的高階32位元i.MX處理器,產品陣容之廣領先業界.

支持MIPS架構Microchip進軍32位元MCU市場 
以8及16位元PIC微控制器奠定地位的Microchip Technology,在2007年年底推出率先採用MIPS核心的PIC32 32位元微控制器系列,不僅增添更強性能和更高記憶體容量,同時其接腳、週邊和軟體能與16位元微控制器/數位訊號控制器系列產品相容。此外,新PIC32系列獲Microchip免費MPLAB整合開發環境的全面支援,既簡化升級過程,也有效保障客戶在開發工具上的投資。MPLAB整合開發環境提供前所未有的相容能力,支援Microchip 8、16和32位元全系列元件。  

隨著消費者對終端產品品味的提高,因而對於系統記憶體容量、效能和功能的要求亦與日俱增。PIC32系列設有七款新型通用型元件,能夠在72 MHz頻率下操作,並提供多達512 KB快閃記憶體和32 KB RAM,充裕的程式碼和資料儲存空間。該系列包含一應俱全的整合週邊設計,大大降低整體設計的複雜性及成本。 

PIC32系列以業界標準的MIPS32架構為基礎,並結合高性能、低功耗、快速中斷響應及全面工具支援等各項優點。高性能MIPS32 M4K核心憑藉其高效率的指令及架構、五階指令預提取、硬體乘法/累加單元及多達八組三十二核心暫存器,實現領先業界的1.5 DMIPS/MHz運作環境。另外,PIC32支援MIPS16e十六位元指令集架構(ISA),能減少多達40%程式碼容量,有效降低系統成本。此外,Microchip近年不斷加強在類比產品線的豐富性以搭配持續演進的微控制器家族成為完整的設計平台,成效顯著。

Renesas SH架構趕上雙核心風潮  
同樣在2007年底,微控制器日系大廠瑞薩發表了首款多核心CPU:SH2A-DUAL,宣告該公司的SuperH高階微處理器系列進入多核心世代.從效能來說,瑞薩先前最高等級的單核心處理器在200MHz操作時,處理效能可達480MIPS,但隨著客戶在處理視頻這類數位信號處理效能的需求增加,過去的效能已不敷使用。SH2A-DUAL內含二個SH2A-FPU CPU核心,以最佳化的配置架構,在單晶片上可達到960-MIPS /800-MFLOPS(每秒百萬浮點數運算)的高速處理效能,特別適用於需要高速即時控制與處理效能的應用,等同於一顆數位信處理晶片。

瑞薩對於新的CPU定位寄予高度期待,希望在廣泛的MCU產品策略上,達到保持在16位元第一大,有朝一日能在32位元市場坐上龍頭寶座。

ARM核心陣營代表 
TI OMAP35x系列高效能掌上應用一網打盡
  
在可觀的ARM核心忠實支持廠商中,DSP龍頭TI在採用ARM先進核心的速度上可謂領先群倫。今年上半年TI做出重大的產品策略,就是將其手機晶片OMAP處理器系列向外拓展到其他主流的嵌入式應用如汽車、消費性電子產品、嵌入式和醫療應用上,推出新型的OMAP35x元件。這些高度整合的單晶片結合具有照片真實感的繪圖功能與TI先進視訊DSP技術,提供業界最佳單晶片多核心處理功能。廠商可藉此重新定義包括先進的使用者界面、網頁瀏覽、產出能力和多媒體使用經驗等各種標準。 

德州儀器(TI)共4款OMAP處理器,率先採用ARM Cortex-A8核心元件,將筆電般的高效能及掌上型裝置低耗電特性整合至單晶片內。這4款新型OMAP35x應用處理器皆包含具彈性架構的600MHz Cortex-A8核心,效能是現有 300MHz ARM9元件的4倍,適合可攜式導航裝置、網路家電應用和可攜式病患監控裝置等。 

TI OMAP35x產品線包含OMAP3503、OMAP3515、OMAP3525和OMAP3530等4顆單晶片處理器,分別提供不同的功能組合,包括Cortex-A8核心、豐富的多媒體週邊功能、OpenGL ES 2.0相容繪圖引擎、視訊加速器以及 TMS320C64x+DSP核心。而專為視訊應用客戶設計的TI DaVinci軟體技術,也可運用在擁有最高視訊處理效能的OMAP3525及OMAP3530中。由400多家協力廠商組成的TI Developer Network更提供從作業系統實作到使用者界面設計等OMAP35x元件應用開發支援。這些應用處理器支援1200萬畫素的靜止影像擷取,而且所有元件的接腳完全相容,廠商僅需依單一平台就能高效發展完整的產品線。除此之外,現有ARM元件及C64x+ DSP軟體也與OMAP35x元件核心完全相容。 

值得一提的是,OMAP35x處理器可在Windows Embedded CE 6.0R2作業系統的搭配下,協助廠商更快開發成本更低和具上網功能的商用和消費性智慧產品。此外,為了提供嵌入式應用在電力供應有限的環境中維持最佳效能,OMAP35x元件整合了三種技術以降低耗電。首先,這款元件採用多核心架構設計,每個核心都能有效處理所負責的工作,達到效率最佳化。其次,這款新元件採用65奈米低耗電製程技術。最後,OMAP35x採用的TI SmartReflex技術,可根據元件的工作情形、操作模式、製程技術和溫度變異動態控制電壓、頻率和電源。 

除了OMAP35x外,TI日前也宣佈具突破性進展的低功耗處理器產品,預計推出超過15款、跨越4條產品線的新型處理器,涵括業界最低功耗浮點數位訊號處理器(DSP),即使需要高精密浮點處理器功能的裝置,也能輕鬆朝可攜式的方向發展。TI的新產品也運用業界功耗最低的定點DSP,大幅延長電池壽命。此外,客戶亦可選擇採用TI新開發的ARM9與ARM9-plus-DSP應用處理器,設計可攜式且具備多種GUI功能的產品。既深且廣的產品規劃,讓TI在嵌入式市場的地位日益擴大。

Intel首顆嵌入式系統專用x86架構SoC問世
在整個嵌入式市場歷史中,Intel的x86架構處理器被應用在工業電腦上由來以久,但若是要應用在低耗電或可攜裝置上就被業界敬謝不敏,效能,功耗效率與複雜度這三方面技術課題一直是讓Intel對嵌入式市場持冷態度的關鍵,而讓在低耗電上有出色表現的RISC架構核心廠商磐據市場.但隨著Intel在製程技術上一再突破,終於讓這家公司向業界秀出低耗電新品.繼推出Atom處理器引領迷你筆電與上網機風潮後,Intel以宣稱超越傳統SoC的高效能,高功率效益與軟硬體完整支援,正式以八款新品向嵌入式,語音與安全應用市場進軍。

代稱為Tolapai的EP80579系統單晶片系列共有八款,有四款內含Intel QuickAssist技術,能簡化以英特爾技術為基礎的電腦在安全與封包加速系統的使用與建置流程。每款系統單晶片皆內含Intel Pentium M處理器、整合型記憶體控制器、以及各種整合式通訊與嵌入式I/O控制器。

這些產品提供各種速度、功耗、與商業/工業溫度版本。在某些產品中,它們甚至可讓機板的體積縮小45%,功耗降低34%1。每款產品亦提供了英特爾長達7年的產品週期製造支援服務,這使得它們適合支援各種應用,包括傳統的嵌入型與工業電腦系統、中小企業(SMB)與家庭網路儲存裝置、企業級安全設備、IP電信、以及無線與WiMAX基礎建設等。

值得一提的是,內含Intel QuickAssist技術的智慧型系統單晶片方案可加速譯密與封包處理,能支援各種安全防護系統,如虛擬私人網路(VPN)閘道器、防火牆、整合式威脅控管(Unified Threat Management,UTM)、以及像是VoIP與匯整式存取平台在內的各種企業級語音應用。英特爾亞太區嵌入式產品事業群暨微型移動裝置事業群總監陳武宏表示:「隨著連結至網際網路的裝置數量達到數十億之多,對效能的要求持續攀升,而裝置的尺寸則持續縮小,這些智慧型系統單晶片解決方案在市場擁有極為可觀的商機。這些產品讓我們的客戶重新思考創新與系統設計在運用英特爾架構後,將能獲得的許多助益。」採用上述英特爾產品的客戶已有50家,各類新品將在年內陸續問市。

Intel在EP80579產品發佈會上宣告已有50家客戶,深具造勢意味,但這樣的特色是否將對現有x86架構與RISC嵌入式處理器市場帶來立即性衝擊,猶待時間證明。

嵌入式作業系統動態
微軟Windows Embedded打造智慧型與連線功能的嵌入式平台
微軟日前宣佈兩項對明年嵌入式市場而言重要的作業系統產品,一是Windows Embedded Standard 2009,一是Windows Embedded NavReady 2009. Windows Embedded Standard 2009搭載多項新技術,包括微軟Silverlight,遠端桌面遙控協定(RDP)6.1及微軟.NET Framework 3.5,可用來打造便於管理及高安全性的thin client(精簡型終端)裝置,要求絕佳視覺效果使用者體驗的精密POS和自助亭(Kiosk)系統,以及便於管理且能與企業架構相連結的智慧型多功能事務機.另外,它也包括Intel最新的x86處理器架構元件化驅動程式,提供裝置製造商更充足的彈性,以運用新一代的硬體資源。

微軟Windows Embedded亞太暨大中華區行銷總監John Boladian指出,今天越來越多嵌入式裝置朝向32位元多功能發展,尤其對與PC及伺服器的連網需求高漲,管理性還要像PC和伺服器一樣,為此微軟除了在今年推出通用型嵌入式平台套件外(compact,standard,Enterprise),針對2009年垂直市場需求,將先後推出POSready與NavReady版本。Windows Embedded NavReady 2009是以Windows Embedded CE為基礎,協助開發者和OEM廠商簡化可攜式導航裝置的設計開發,使用者體驗與維護.根據預測,2008年全球可攜式導航裝置年度出貨量可達72%的成長率,其中亞太地區的出貨量將成長68%,預計到2010年前,PND一年的全球出貨量可達約1億台.從通用市場的廣度到POS與PND兩塊市場的深度,微軟在嵌入式市場的企圖不言可喻。

Wind River大步佈局嵌入式Linux應用軟體平台 
全球設備軟體最佳化(DSO)領導廠商Wind River Systems著眼於許多快速成長中的消費性電子市場正開始採用Linux平台,並針對一些功能而發展出共同需求,包括行動性、無線連接性、定位服務、多功能的使用者介面,以及提供一個能快速擴充的行動暨連結應用(衍生自桌上平台)生態系統。Wind River將重心放在一些能代表Linux成長商機的市場,包括汽車資訊娛樂、行動手機和行動上網裝置(MID)。 日前Wind River收購位於韓國首爾的嵌入式Linux行動應用平台開發廠商MIZI Research, Inc.。MIZI成立於1999年,是行動平台市場最早投入Linux開發的廠商之一。Wind River希望透過這項併購取得世界級的行動專業技術,以運用於其所參與的各類行動聯盟中,加速擴展在亞太地區的行動服務佈局。

Wind River對於嵌入式處理器的支援也不遺餘力,該公司宣佈領先市場的VxWorks即時作業系統和Wind River Linux支援甫發表的Intel EP80579整合處理器系列產品線。此外,該公司亦支援多家新推出的多核心處理器平台以及新興的Andriod手機平台,顯現該公司在廣大的嵌入式系統市場中的影響力 。

結語
在Intel以重量利器投身嵌入式處理器市場後,確實引起嵌入式業界的高度關注.嵌入式市場的廠商需求差異化很大,往往是量少樣多,產品研發期、汰舊換新週期、對於元件保固期要求都長,特別重視軟體支援, 同時訴求產品的獨特性與加值服務.從軟硬體的種種角度,都不同於求快求量且微利的PC產業。當時勢步入嵌入式時代,對習於PC產業思維的業界,或許是重新學習瞭解市場的機會。

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