英特爾目前在PC和筆記本電腦市場(chǎng)上是無(wú)可爭(zhēng)辯的處理器平臺(tái)領(lǐng)導(dǎo)供應(yīng)商，但它意欲稱雄嵌入式應(yīng)用市場(chǎng)的野心也可謂是路人皆知，因?yàn)橛⑻貭栐谟?jì)算機(jī)市場(chǎng)的增長(zhǎng)潛力已不大，而嵌入式應(yīng)用市場(chǎng)遠(yuǎn)大于電腦市場(chǎng)，因此很自然地英特爾將下一個(gè)市場(chǎng)增長(zhǎng)點(diǎn)放在了嵌入式市場(chǎng)。目前其主要依仗的武器是x86架構(gòu)的Atom處理器平臺(tái)，在客戶眼里，該平臺(tái)的主要優(yōu)勢(shì)有三：一是計(jì)算、控制和處理能力很強(qiáng)；二是客戶在PC x86架構(gòu)下開(kāi)發(fā)的資源不會(huì)浪費(fèi)，可以重復(fù)利用；三是生態(tài)系統(tǒng)非常成熟，熟悉x86架構(gòu)CPU編程的工程師資源比較多，而且市場(chǎng)上可資利用的現(xiàn)成工程資源也比較多。
ARM最早是在手機(jī)市場(chǎng)發(fā)家的，這幾年發(fā)展勢(shì)頭非常迅猛，在生態(tài)系統(tǒng)方面也搭建得比較成熟，在嵌入式市場(chǎng)覆蓋的領(lǐng)域也越來(lái)越多，目前在高端嵌入式應(yīng)用市場(chǎng)（如汽車電子、醫(yī)療電子和通信基礎(chǔ)設(shè)施）的客戶也越來(lái)越多，但與Atom平臺(tái)相比，很多客戶覺(jué)得它的計(jì)算能力還不夠，尤其在處理高清和3D圖像方面。
Xilinx（賽靈思公司）這幾年明顯也已將龐大的嵌入式應(yīng)用市場(chǎng)作為自己的發(fā)展重心之一，F(xiàn)PGA在嵌入式應(yīng)用市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)是并行數(shù)據(jù)計(jì)算能力非常強(qiáng)，通信基站、路由器、HD視頻廣播設(shè)備、直接矩陣式LED背光TV和智能視頻分析監(jiān)控設(shè)備都必須依靠 FPGA來(lái)滿足其龐大的數(shù)據(jù)處理需求，例如，Xilinx Spartan FPGA產(chǎn)品好幾年前就已被HD LED TV客戶所采用，目前出貨量也開(kāi)始往上升。不過(guò)，大多數(shù)客戶不太愿意將FPGA作為主處理平臺(tái)，因?yàn)樗墓妮^大，而且內(nèi)嵌MicroBlaze處理器內(nèi)核編程和FPGA編程與ARM和x86架構(gòu)處理器相比還比較復(fù)雜。
很顯然，要阻擋英特爾在嵌入式應(yīng)用處理器平臺(tái)市場(chǎng)的野心，Xilinx和ARM必須聯(lián)合起來(lái)互相彌補(bǔ)各自不足，才有可能在這一龐大的市場(chǎng)格局尚未完全確定的領(lǐng)域創(chuàng)造雙贏局面。也正是在這樣的一個(gè)背景下，Xilinx最近宣布將在其最新的28nm FPGA平臺(tái)上推出全新的基于ARM Cortex-A9 MPCore內(nèi)核的可擴(kuò)展處理平臺(tái)架構(gòu)。這一平臺(tái)不僅可為各種嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人員在滿足他們功率預(yù)算前提下提供差異化的系統(tǒng)性能、靈活性和集成度，而且能夠?qū)崿F(xiàn)更低成本和更小尺寸的市場(chǎng)需求。
目前在高端的嵌入式應(yīng)用市場(chǎng)上，如汽車駕駛員輔助系統(tǒng)、智能視頻監(jiān)控、工業(yè)控制、遙測(cè)與導(dǎo)航、企業(yè)級(jí)毫微微蜂窩基站、廣播級(jí)攝像機(jī)、多功能打印機(jī)和航空航天航海電子設(shè)備上，全球系統(tǒng)架構(gòu)師和嵌入式軟件開(kāi)發(fā)人員面臨的一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的系統(tǒng)需求是：以更低的成本、更低的功耗、更小的尺寸處理日益復(fù)雜的功能。
賽靈思全球市場(chǎng)營(yíng)銷與業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)高級(jí)副總裁 Vin Ratford表示：“嵌入式市場(chǎng)現(xiàn)在需要的是一個(gè)新型的嵌入式處理平臺(tái)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的微處理器/ASIC/ASSP+DSP+FPGA的處理架構(gòu)已不能滿足新的系統(tǒng)需求。微處理器的信號(hào)處理能力很有限，ASIC/ASSP不能適應(yīng)快速變化的市場(chǎng)需求，不能實(shí)現(xiàn)完全的差異化，多芯片實(shí)現(xiàn)方案不僅占用太大的空間和成本非常昂貴，而且消耗的功率也太大。”
賽靈思可擴(kuò)展式處理平臺(tái)為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供以處理器為核心的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)方法，以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的計(jì)算與處理能力，讓那些需要高速接入到實(shí)時(shí)輸入、高性能處理、復(fù)雜數(shù)字信號(hào)處理，或上述各種功能組合的任務(wù)，達(dá)到他們特定應(yīng)用的各種需求，包括降低成本與功耗。該處理平臺(tái)使他們能夠同時(shí)擁有串行和并行處理能力來(lái)滿足這一新的系統(tǒng)需求。
Vin Ratford指出：“當(dāng)前嵌入式軟件開(kāi)發(fā)人員肩負(fù)的任務(wù)是在嚴(yán)苛的成本、時(shí)間和功耗預(yù)算控制下，構(gòu)建需要強(qiáng)大系統(tǒng)性能水平的復(fù)雜應(yīng)用。通過(guò)在人們熟悉的 ARM處理器開(kāi)發(fā)框架內(nèi)構(gòu)建一個(gè)架構(gòu)，這種全新的可擴(kuò)展式處理平臺(tái)為目前受困于性能瓶頸的眾多設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，帶來(lái)全新的創(chuàng)新動(dòng)力。”
賽靈思可擴(kuò)展式處理平臺(tái)徹底改變了以往FPGA的開(kāi)發(fā)模式，它不再是一個(gè)以FPGA硬件為核心的設(shè)計(jì)方法，而是一個(gè)以處理器為核心的設(shè)計(jì)方法，它可以支持一個(gè)以軟件為核心的開(kāi)發(fā)流程，這種設(shè)計(jì)方法提供完整的處理器系統(tǒng)，包括高速緩存、存儲(chǔ)控制器以及常用的連接和 IO 外設(shè)，并能在開(kāi)機(jī)時(shí)啟動(dòng)并運(yùn)行各種不同的操作系統(tǒng) ，如 Linux、風(fēng)河系統(tǒng)（Wind River）的VxWorks、Micrium的uC-OSII 等。
ARM架構(gòu)及ARM Connected Community行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)一步幫助嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員最大化生產(chǎn)力，同時(shí)通過(guò)在ARM每個(gè)內(nèi)核速度高達(dá)800MHz的雙核 Cortex-A9 MPCore 處理器構(gòu)建賽靈思的子系統(tǒng)架構(gòu)，并結(jié)合賽靈思的高性能、低功耗 28nm可編程邏輯的并行處理能力，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)與倫比的高性能。
Xilinx 全新可擴(kuò)展處理平臺(tái)的另一大亮點(diǎn)是采用了Xilinx和ARM合作研制的AMBA-AXI高帶寬接口。Xilinx亞太區(qū)市場(chǎng)及應(yīng)用總監(jiān)張宇清指出：“以前的多芯片實(shí)現(xiàn)方案常常因?yàn)榻涌诜矫娴脑O(shè)計(jì)問(wèn)題要損失30-50%的性能，但現(xiàn)在ARM處理器與硬件加速器的數(shù)據(jù)交換可以全部在一個(gè)芯片中完成，接口不再成為性能瓶頸。”
通過(guò)高帶寬AMBA-AXI總線接口將可編程邏輯與處理器系統(tǒng)緊密結(jié)合，可編程邏輯能夠使用現(xiàn)成的 IP 和/或定制 IP將關(guān)鍵的系統(tǒng)功能速度提升達(dá)100 倍之多。這種架構(gòu)方法不僅能解決并行和串行計(jì)算環(huán)境、存儲(chǔ)器以及 I/O之間的常見(jiàn)性能瓶頸問(wèn)題，而且還能讓處理器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)包括動(dòng)態(tài)重配置在內(nèi)的可編程邏輯配置控制。
ARM 公司總裁Simon Segars指出：“對(duì)于那些需要極高性能的系統(tǒng)，利用可編程邏輯的并行處理能力，是解決成本與功耗這兩大難題的出色方法。賽靈思的全新架構(gòu)將嵌入式軟件開(kāi)發(fā)人員從繁重的硬件開(kāi)發(fā)工作中解放出來(lái)，使他們可以前所未有地充分掌控開(kāi)發(fā)流程。”
軟件開(kāi)發(fā)人員可以充分利用基于 ARM技術(shù)的現(xiàn)有系統(tǒng)代碼，并使用大量現(xiàn)成的開(kāi)放源代碼以及已經(jīng)商用的軟件組件庫(kù)。由于系統(tǒng)復(fù)位時(shí)會(huì)啟動(dòng)操作系統(tǒng)，因此軟件開(kāi)發(fā)人員可以利用ARM的 RealView開(kāi)發(fā)套件及相關(guān)的第三方工具、基于 Eclipse 的 IDE、GNU、賽靈思軟件開(kāi)發(fā)套件工具等熟悉的開(kāi)發(fā)與調(diào)試環(huán)境，快速進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。
殺手級(jí)新應(yīng)用和省錢實(shí)例
在汽車駕駛輔助、智能視頻監(jiān)控、工業(yè)自動(dòng)化、航空和國(guó)防以及新一代無(wú)線系統(tǒng)等要求多功能和實(shí)時(shí)響應(yīng)的終端市場(chǎng)應(yīng)用的推動(dòng)下，高性能嵌入式系統(tǒng)需求不斷增長(zhǎng)。僅就汽車產(chǎn)業(yè)而言，每年生產(chǎn)的汽車就超過(guò) 5,000 萬(wàn)輛，目前在路上同時(shí)行駛的機(jī)動(dòng)車總數(shù)估計(jì)達(dá) 6 億輛。隨著汽車制造商在車輛中部署更多的嵌入式系統(tǒng)讓汽車變得更安全，駕駛輔助系統(tǒng)市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從目前的 13 億美元增長(zhǎng)到 2017 年的 58 億美元。
有關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示：多0.5 秒的響應(yīng)時(shí)間，就能避免 60% 的車頭碰撞事故；而在所有造成死亡車禍的原因中，其中30%是因?yàn)槠隈{駛。因此，運(yùn)用科技來(lái)挽救生命是嵌入式系統(tǒng)車用市場(chǎng)持續(xù)發(fā)展的顯著動(dòng)力。
駕駛員輔助系統(tǒng)包括：車道偏離警告系統(tǒng)、碰撞避免系統(tǒng)、盲點(diǎn)檢測(cè)、自動(dòng)巡航控制、夜視系統(tǒng)和自動(dòng)泊車系統(tǒng)，它的系統(tǒng)輸入比較復(fù)雜，有視頻攝像頭（720p30，8b）、紅外傳感器和雷達(dá)傳感器，該系統(tǒng)必須具有實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理能力，這要求系統(tǒng)必須具備約32GMACs的計(jì)算性能。其它系統(tǒng)需求包括：10萬(wàn)到100萬(wàn)條復(fù)雜的代碼、高達(dá)1600 DMIP的整數(shù)代碼執(zhí)行性能、高達(dá)2985MB/s的存儲(chǔ)器帶寬、低功耗被動(dòng)制冷、無(wú)縫集成于駕駛室、具有可擴(kuò)展性（能部署到具有不同功能的不同車型中）。
目前新款?yuàn)W迪S6和奔馳車的駕駛員輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：成本低于50美元，功耗低于5W。如果它們采用符合性能需求的多芯片方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，如主要采用一個(gè)ASSP、2個(gè)DSP、2個(gè)DRAM、1個(gè)CAN PHY和1個(gè)電源管理器件來(lái)實(shí)現(xiàn)這一系統(tǒng)，預(yù)計(jì)成本在46美元，功耗在6.6W。但如果采用Xilinx的全新可擴(kuò)展式處理平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，外部只需要配2個(gè) DRAM、1個(gè)CAN PHY和1個(gè)電源管理器件，預(yù)計(jì)成本可降到41美元以下，功耗降到3.9W以下，不僅可以完全符合系統(tǒng)的成本、尺寸和功耗需求，而且同時(shí)還具有高度的靈活性。
駕駛員輔助系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人員在實(shí)際應(yīng)用中需要不斷地構(gòu)建更多的計(jì)算能力，雷達(dá)與紅外線傳感器、攝像頭及其他系統(tǒng)組件，將成為汽車狹隘空間的必備元素。賽靈思全新可擴(kuò)展式處理平臺(tái)為優(yōu)化專用軟／硬件分區(qū)及硬件加速功能提供了單芯片解決方案，以推動(dòng)復(fù)雜的算法，使客戶能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)他們的嵌入式系統(tǒng)的差異化，在市場(chǎng)中贏得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
智能視頻市場(chǎng)預(yù)計(jì)在2013年將達(dá)到460億美元，基于此，新的智能視頻技術(shù)開(kāi)發(fā)人員需要適合的處理平臺(tái)，來(lái)構(gòu)建能夠自動(dòng)監(jiān)控視頻模式和身體語(yǔ)言的各項(xiàng)應(yīng)用，而且配合音頻能做出智能的決策并發(fā)出警報(bào)，以減少出錯(cuò)的幾率。目前此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在向全高清視頻和每秒高達(dá) 60 幀的幀速率方向發(fā)展，但目前由系統(tǒng)處理器+視頻分析處理器組成的多芯片解決方案還很難在規(guī)定的功率預(yù)算下為圖像處理和高級(jí)分析功能提供足夠的計(jì)算能力。
例如，對(duì)于一個(gè)要求1080p60清晰度和12位顏色深度的全色彩智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它要求系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理性能達(dá)到49GMAC，存儲(chǔ)器帶寬高達(dá) 2240MB/s，復(fù)雜視頻分析性能達(dá)到1800DMIPS，通信與控制計(jì)算性能達(dá)到1300DMIPS。而且該系統(tǒng)要具備商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的話，必須將成本要控制在100美元以下，功耗要控制在10W以下。
如果采用多芯片實(shí)現(xiàn)方案，那么主要需要1個(gè)圖像傳感器、1個(gè)系統(tǒng)處理器、1個(gè)視頻分析處理器、1個(gè)實(shí)時(shí)鐘、2個(gè)DDR2、1個(gè)以太網(wǎng)PHY、1個(gè)電源管理器件，系統(tǒng)成本大約在91美元，但功耗要達(dá)到10.9W。不能完全滿足系統(tǒng)需求。
但如采用Xilinx的可擴(kuò)展式處理平臺(tái)，系統(tǒng)的主要構(gòu)成元件僅為1個(gè)圖像傳感器、1個(gè)可擴(kuò)展處理平臺(tái)、2個(gè)DRAM、1個(gè)實(shí)時(shí)鐘和1個(gè)電源管理器件，系統(tǒng)成本可降低到81美元以下，功耗可降到6.8W以下。成本和功耗優(yōu)勢(shì)非常明顯。
從上述實(shí)例可以看出，基于雙核Cortex-A9MPCore的處理器系統(tǒng)配合可編程邏輯的強(qiáng)大并行處理能力，完全可在功率預(yù)算內(nèi)滿足上述計(jì)算能力需求。與此同時(shí)，開(kāi)發(fā)人員還獲得機(jī)會(huì)在熟悉的基于ARM的設(shè)計(jì)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的算法設(shè)計(jì)、可擴(kuò)展性以及現(xiàn)場(chǎng)可升級(jí)性。
隨著無(wú)線電信應(yīng)用所要支持的用戶及需要大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用越來(lái)越多，它們也正在向低功耗、小型化、低開(kāi)發(fā)成本方向發(fā)展。4G LTE（長(zhǎng)期演進(jìn)）等新技術(shù)可滿足帶寬要求，而更高效的小型化基站則是滿足整體市場(chǎng)要求的基礎(chǔ)。通過(guò)在小型、節(jié)能、高性價(jià)比的集成解決方案中提供 4G 信號(hào)高帶寬并行處理能力，以及基于Cortex A9 處理器的多用戶數(shù)據(jù)管理功能，賽靈思可擴(kuò)展式處理平臺(tái)將有助于新一代無(wú)線基站開(kāi)發(fā)人員充分滿足上述各種要求。由于該平臺(tái)具有可擴(kuò)展性，開(kāi)發(fā)人員今后能根據(jù)未來(lái)應(yīng)用靈活地升級(jí)設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)軟硬件的性能升級(jí)。
全新可擴(kuò)展式處理平臺(tái)是賽靈思目標(biāo)設(shè)計(jì)平臺(tái)戰(zhàn)略的一部分，不僅為客戶提供簡(jiǎn)便易用的特定市場(chǎng)與應(yīng)用環(huán)境，使他們能夠評(píng)估并進(jìn)一步了解技術(shù)，而且最終還提供了可修改和擴(kuò)展的應(yīng)用平臺(tái)，幫助他們加速開(kāi)發(fā)進(jìn)程，并集中精力實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化。賽靈思將繼續(xù)與ARM 服務(wù)團(tuán)隊(duì)合作，為參與最終產(chǎn)品首次推出的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師提供詳細(xì)的ARM Cortex-A9硬件培訓(xùn)。
賽靈思于最近在美國(guó)硅谷召開(kāi)的嵌入式系統(tǒng)大會(huì)上展示了該新型可擴(kuò)展式處理平臺(tái)。基于可擴(kuò)展式處理平臺(tái)架構(gòu)的產(chǎn)品定價(jià)、詳細(xì)規(guī)范及供貨情況信息將于 2011 年初公布。