J. Scott Gardner, 邏輯鏈路控製高級工程師

   本文主要探討CPU的硬件選擇
，同時也談及了軟件抽象化的發展趨勢。幾乎所有嵌入式操作係統都支持x86架構（Intel


、AMD

、VIA）及各廠商的ARM架構處理器。
   搭載威盛VX900媒體係統芯片組的最新威盛 COM Express主板支持威盛Nano、Nano X2及威盛四核處理器（圖片為搭載VX800芯片組的COM Express主板）
  

   半(ban)導(dao)體(ti)的(de)集(ji)成(cheng)化(hua)趨(qu)勢(shi)使(shi)整(zheng)個(ge)計(ji)算(suan)機(ji)係(xi)統(tong)縮(suo)減(jian)為(wei)隻(zhi)有(you)少(shao)量(liang)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)組(zu)合(he)

，使(shi)其(qi)在(zai)小(xiao)型(xing)主(zhu)板(ban)上(shang)提(ti)供(gong)驚(jing)人(ren)的(de)強(qiang)大(da)功(gong)能(neng)，嵌(qian)入(ru)式(shi)計(ji)算(suan)也(ye)隨(sui)之(zhi)不(bu)斷(duan)發(fa)展(zhan)。憑(ping)借(jie)高(gao)端(duan)模(mo)塊(kuai)行(xing)業(ye)標(biao)準(zhun)的(de)廣(guang)泛(fan)采(cai)用(yong)（如COM Express及Qseven），嵌入式係統設計者能夠在越來越高的集成度下進行工作。最新的COM接口就采用了符合高端協議的分組互聯標準，如PCIe、USB 3.0
、千兆以太網及Display視頻接口。這些接口置於物理層及連接層上，此處CPU及存儲選擇都要求特殊的設計。計算機模塊符合高端接口標準，目前係統設計者在CPU選擇上擁有更大的自由
，並且能夠受益於最新的低功耗
、低成本嵌入式處理器的競爭優勢。

   通常
，因為切換成本相當高，嵌入式係統設計者難以擺脫前些年CPU設計選擇的限製。硬件開發通常涉及處理器接口芯片和主板的設計。軟件切換成本更加龐大，因為CPU架構需要購買新的開發工具
，要求定製化軟件。然而，各種行業趨勢推動了CPU平台及係統設計者與CPU廠商的匹配，甚至令他們擁有更改CPU指令集的能力，從而通過各種應用優化產品。

   半導體的集成推動了技術的發展，係統功能越來越豐富，芯片尺寸越來越小。很多高容量市場可能最終會發展為單芯片SOC
，大da多duo數shu嵌qian入ru式shi設she計ji都dou有you特te殊shu的de要yao求qiu，嵌qian入ru式shi處chu理li器qi的de硬ying件jian元yuan器qi件jian接jie口kou針zhen對dui每mei種zhong係xi統tong單dan獨du設she計ji，使shi各ge種zhong嵌qian入ru式shi設she計ji更geng加jia完wan善shan。因yin為wei中zhong等deng容rong量liang產chan品pin最zui具ju靈ling活huo性xing，很hen多duo係xi統tong設she計ji者zhe已yi轉zhuan向xiang計ji算suan機ji核he心xin模mo塊kuai（COM）的設計
，將單個載板設計用於各種產品，支持標準子卡對最新CPU技術的快速采用。在高度集成的發展趨勢下，擁有高速互聯技術的先進外圍設備也已實現高度的標準化，支持最新的COM標準，包括多通道PCI Express、千兆以太網
、USB 3.0及Display顯示端口。

   鑒於新標準的廣泛采用，如COM Express 2.0版，嵌入式係統設計者已將植根於老式計算機的CPU專用接口大大減少。新的接口可以支持更多行業標準，與物理層及連接層總線架構之上的硬件抽象層共享高端
、分組互聯的技術優勢。哪一種類型的CPU處理在數據並不重要，因為這些新的接口在數據傳輸層進行連接，可支持各種類型的CPU。絕大多數COM標準甚至還包括對通用I/O的支持，而且還可支持某些個人電腦的功能。

   本文主要探討CPU的硬件選擇，同時也談及了軟件抽象化的發展趨勢。幾乎所有嵌入式操作係統都支持x86架構（Intel
、AMD、VIA）及各廠商的ARM架構處理器。隨著跨平台開發工具和開發包的普遍應用
，應用源代碼更具輕便性。甚至隨著Java
、HTML5等技術的廣泛應用，二進製輕便性已越來越容易實現。軟件抽象化趨勢甚至可能為其他類型的CPU架構（如MIPS、PPC、Tensilica等）提供與x86及ARM架構競爭的機會。

   這些趨勢對技術的發展有何啟示呢？為了回答這一問題
，不妨來看看Kontron對支持ARM架構處理器的廣泛支持。作為COM Express市場的領導者
，Kontron曾主要支持其戰略合作夥伴英特爾的CPU產品。然而，業界的發展趨勢給予Kontron提供COM主板的機會。 Kontron收購了德州儀器（Texas Instruments）的ARM架構處理器，同時宣布對搭載AMD處理器的COM Express主板提供更加全麵的支持。就此展開了與其他支持三大x86處理器廠商的COM主板廠商的競爭。很多COM主板廠商已提供采用Qseven COM標準的ARM架構產品，在移動應用中利用精簡型架構。英特爾產品仍然擁有最豐富的功能和最高的性能，這些COM標準的發展支持係統設計者在每種產品的設計開發中加入CPU模塊
，以提供最佳性能、最低功耗和最低成本。英特爾需要加快創新
，以應對這些新的競爭威脅。

   鑒於標準模塊的發展以及來自AMD
、VIA及ARM的競爭壓力
，英特爾在控製CPU價格方麵顯得相形見絀。過去，英特爾嵌入式係統需要通過升級到高價格的英特爾處理器（及芯片組）來實現更快的存儲速度、64位處理性能、虛擬化、高級電源管理、硬件加密等。這些性能大多可在CPUdeshejizhongdouyidedaoshixian，jieryetaigaolejiage。zhiyaodaduoshuqianrushixitonggongsirengrancaiyongyingteerxinpian
，jiagecelveduidajiadeyingxiangjiushixiangtongde。raner，xingyequshijiangCOM Express及Qseven卷入了競爭。其他CPU廠商也可提供高端性能，但不必像英特爾那樣需要支付高額費用。

   威盛電子十幾年來一直致力於嵌入式市場的x86處理器研發，其Nano架構順應行業趨勢的發展，在業內占據舉足輕重的作用
，不但降低了處理器的切換成本，而且加強了威盛在COM Express和Qsevenlingyudejingzhengli。weishengdejishuyoushizaiyuchanpindegaoxingneng，zheyangdexingnengzhiyouyingteerdegaoduanchuliqicaiketigong。biru，yingteermianxiangjiagemingandeqianrushishichangtuichuAtom架構
，而將英特爾Core和Xeon處理器家族投向更高價位的應用中。目前，英特爾Atom處理器僅采用800MHz內存
，而基於威盛Nano核心的係統采用1066 MHz內存，存儲帶寬與英特Atom處理器相比高出33%。這種差異可進一步延伸到微處理器領域。英特爾Atom是雙指令、順序執行架構，與威盛Nano 架構的三指令執行、亂序設計相比，明顯處於劣勢。Atom的優勢在於采用雙核和多線程，但最新的威盛處理器提供雙核和四核版本。威盛已發布SPEC CPU2000白皮書
，其中顯示了在13瓦的熱設計功耗下高達40%的性能差異（下載白皮書請登錄：http://www.via.com.tw/en/products/proces-sors/nanoX2/whitepaper.jsp）。為了使基於英特爾核心的COM Express模塊超越基於威盛Nano X2及威盛四核處理器的模塊性能

，係統設計者必須將英特爾COM Express的核心升級至英特爾Core。然而，這就顯著增加了Atom核心的功耗。除非降低核心的數量
、時鍾率、存儲速度，才能實現優於威盛模塊的性能優勢。

   硬件加密是英特爾為其奔騰處理器打造的高端性能。英特爾通過AES NI（新指令）支持加密，但英特爾嵌入式產品清單顯示，該功能隻能對Core i5及ji更geng高gao性xing能neng的de英ying特te爾er核he心xin提ti供gong。對dui於yu早zao期qi的de處chu理li器qi，威wei盛sheng優you化hua了le硬ying件jian引yin擎qing，並bing將jiang其qi作zuo為wei一yi項xiang必bi不bu可ke少shao的de功gong能neng
，甚shen至zhi將jiang其qi應ying用yong到dao經jing美mei國guo國guo家jia標biao準zhun與yu技ji術shu研yan究jiu院yuan認ren證zheng的dePadlock引(yin)擎(qing)中(zhong)。英(ying)特(te)爾(er)對(dui)硬(ying)件(jian)加(jia)密(mi)的(de)支(zhi)持(chi)將(jiang)鼓(gu)勵(li)更(geng)多(duo)的(de)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)者(zhe)提(ti)升(sheng)安(an)全(quan)性(xing)能(neng)
，因(yin)為(wei)基(ji)於(yu)軟(ruan)件(jian)的(de)技(ji)術(shu)安(an)全(quan)性(xing)較(jiao)低(di)，且(qie)需(xu)要(yao)較(jiao)大(da)功(gong)耗(hao)。來(lai)自(zi)威(wei)盛(sheng)的(de)競(jing)爭(zheng)壓(ya)力(li)可(ke)能(neng)促(cu)使(shi)英(ying)特(te)爾(er)對(dui)其(qi)所(suo)有(you)處(chu)理(li)器(qi)產(chan)品(pin)製(zhi)定(ding)硬(ying)件(jian)加(jia)密(mi)標(biao)準(zhun)。

   如果半導體集成的行業趨勢及硬件/ruanjianchouxianghuajixufazhan
，jianghuizenyang？dangsuoyouxinpianxingnengdoujichengdaodanxinpianshangshi
，zhezhongjichengqushijiuhuizhongzhi。raner，lishibiaoming
，meigeqianrushishichangduiwaiweishebeihejiekoudeyaoqiudoulveyoubutong。zhiyougaorongliangshichanghuishixianzijideSOC，其他大多數一般用途的設計、嵌入式處理器及特殊應用的硬件尚且無法實現。然而，業界可能會嚐試為嵌入式處理器芯片設計一種通用的封裝和引腳，通過COM來提供技術優勢，這樣就可以得到更加廣泛的應用。即使將單個COM設備的芯片性能集成到一個單芯片上，這個半導體芯片仍然可以用於不同的COM引腳（類似於COM Express上的多連接器）。對於中等容量的嵌入式應用，因為模塊可以更換
，針對再利用的設計就具有極大的靈活性。不必將CPU焊接到主板上，這種靈活性就很可能不斷加大。CPU容易更換
，切換成本也會隨著標準接口的廣泛應用而不斷下降，軟件抽象化繼續發展。為了避免過度標準化
，CPU廠chang商shang將jiang麵mian臨lin更geng大da的de創chuang新xin壓ya力li
，他ta們men需xu要yao不bu斷duan創chuang新xin，在zai性xing能neng和he功gong耗hao上shang提ti升sheng競jing爭zheng力li。對dui於yu嵌qian入ru式shi係xi統tong設she計ji者zhe來lai說shuo，所suo有you發fa展zhan趨qu勢shi都dou是shi有you利li的de
，因yin為weiCPU的競爭將促進行業的增長，來帶更多開發新型產品的機會。