嵌入式系統(tǒng)與桌面PC結(jié)構(gòu)非常不同，但其底層技術(shù)發(fā)展卻是一樣的，而且遵循著類似發(fā)展趨勢。當(dāng)桌面PC轉(zhuǎn)向64位架構(gòu)來滿足不斷增長的存儲器要求時，嵌入式系統(tǒng)也由于同樣的原因快速轉(zhuǎn)向32位處理器。桌面/服務(wù)器計算市場主要是圍繞x86架構(gòu)，大多數(shù)創(chuàng)新和差異都在系統(tǒng)級，如雙核、四核或多核中央處理架構(gòu)、集成圖像處理器單元和存儲器控制器等等。同樣，嵌入式系統(tǒng)則主要圍繞簡單的32位RISC處理器，多核架構(gòu)、集成外設(shè)以及可配置處理等系統(tǒng)級發(fā)展，使得設(shè)計人員能夠快速適應(yīng)不斷變化的應(yīng)用要求。根據(jù)iSuppli的研究報告，2007年32位微控制器(MCU)市場將超過8位MCU市場。如圖1所示，32位MCU市場的增長速度超過了半導(dǎo)體市場其它部分的增長速度，而8位MCU市場的份額過去幾年時間里則有所下降。 

這一趨勢的主要推動力是嵌入式系統(tǒng)中軟件內(nèi)容和復(fù)雜性的不斷增加，因此直接產(chǎn)生的后果是需要更寬的存儲器總線　(32位)來滿足軟件程序所使用的代碼和數(shù)據(jù)要求。與傳統(tǒng)微處理器不同，32位處理器不需要分段等存儲器管理技巧就可以處理更大的存儲器空間，因此使編程更容易。8位MCU必須采用難學(xué)難用的匯編語言來滿足小存儲器空間限制(少于32K字節(jié))，而許多32位嵌入式應(yīng)用則可以利用C/C++來編程，從而提高了嵌入式軟件開發(fā)人員生產(chǎn)力。更為重要的是，越來越多的操作系統(tǒng)(實時和非實時)都提供現(xiàn)成的驅(qū)動程序和軟件庫，從而使軟件開發(fā)人員能夠集中于應(yīng)用本身的開發(fā)。

集成降低成本

在摩爾定律的指引下，越來越細(xì)的硅工藝線寬使得32位嵌入式解決方案的成本不斷降低，從而可以滿足更多的應(yīng)用對價格的要求。此外，集成外設(shè)和片上存儲器進(jìn)一步降低了元器件和總體材料清單成本。通過集成針對手機(jī)和游戲機(jī)等垂直應(yīng)用而優(yōu)化的外設(shè)，許多器件的價格大大降低，直接推動了市場增長。

價格壓力還導(dǎo)致只能在這些系統(tǒng)中集成一組固定的外設(shè)，因此通常的外設(shè)組合是面向大批量應(yīng)用的。然而，不可能有適用于所有應(yīng)用的萬能器件，因此許多小批量、中等規(guī)模甚至大批量應(yīng)用都無法直接利用成品集成解決方案。其結(jié)果是設(shè)計人員必須采用額外的芯片來擴(kuò)展外設(shè)、分流處理器的負(fù)擔(dān)，或增加膠合邏輯。這也是可配置處理解決方案產(chǎn)生的原因。

可配置32位處理

根據(jù)Gartner Dataquest的報告，如圖2所示，基于FPGA嵌入式處理方案的應(yīng)用正在增長，到2010年，約40%的FPGA設(shè)計將包括嵌入式處理器。因為能夠定制滿足特定應(yīng)用或產(chǎn)品的要求，嵌入系統(tǒng)設(shè)計人員正在越來越多地采用基于FPGA的可配置處理解決方案。這一方法的主要優(yōu)點是可通過集成降低成本，同時還可實現(xiàn)產(chǎn)品在市場上的差異化。

通過選擇同一FPGA系列中的不同器件，或者將設(shè)計重新適配到新的FPGA器件中，能夠針對更高性能、更低成本、或者不同的I/O標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行個性設(shè)計。這樣可以降低設(shè)計過時的風(fēng)險，從而保證設(shè)計是未來可用的。對于必須有長使用壽命的產(chǎn)品(如汽車或工業(yè)應(yīng)用)，這是特別關(guān)鍵的一個因素。

圖1：32位MCU市場的增長速度超過了其它類型的MCU的增長速度。

可配置處理系統(tǒng)的配置(或定制)的層面包括：

處理器配置

1. 乘法器、除法器、浮點單元以及其它。

2. 指令或數(shù)據(jù)緩沖配置。

3. 協(xié)處理器或硬件加速器。

系統(tǒng)配置

1. I/O外設(shè)選擇、定制、DMA選擇。

2. 存儲器外設(shè)選擇、定制。

應(yīng)用配置

1. RTOS選擇、定制。

2. 應(yīng)用庫/中間件定制。

許多產(chǎn)品都包括需要某種形式網(wǎng)絡(luò)或通信接口的嵌入式系統(tǒng)。由于以太網(wǎng)成本低、幾乎無處不在，并且可以利用TCP/IP等互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議連接互聯(lián)網(wǎng)，因此以太網(wǎng)是目前在嵌入式產(chǎn)品中應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)接口之一。根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用的不同，網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的要求變化也相當(dāng)大。簡單的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控應(yīng)用只需要每秒數(shù)千比特的傳輸能力，而高端存儲或視頻應(yīng)用則需要持續(xù)的千兆比特級的吞吐能力。

為簡單起見，我們將使用TCP載荷吞吐能力做為性能比較的主要指標(biāo)。表1列出了一些典型應(yīng)用以及相應(yīng)的TCP/IP載荷吞吐能力要求。

表一：不同應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)吞吐量要求

可配置的嵌入式網(wǎng)絡(luò)

基于FPGA的處理解決方案提供的強(qiáng)大靈活性允許您根據(jù)需要開啟或禁止處理器、IP內(nèi)核以及軟件平臺的高級功能，并且可以對許多獨立參數(shù)進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，直到在軟件一級滿足應(yīng)用的要求。此外，利用建模工具可以識別任何性能關(guān)鍵的軟件功能并將其分流至適當(dāng)?shù)挠布�加速器或協(xié)處理器來完成。容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術(shù)支持