本文主要探討CPU的硬件選擇，同時(shí)也談及了軟件抽象化的發(fā)展趨勢(shì)。幾乎所有嵌入式操作系統(tǒng)都支持x86架構(gòu)（Intel、AMD、VIA）及各廠商的ARM架構(gòu)處理器。

搭載威盛VX900媒體系統(tǒng)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）

半導(dǎo)體的集成化趨勢(shì)使整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)縮減為只有少量元器件的組合，使其在小型主板上提供驚人的強(qiáng)大功能，嵌入式計(jì)算也隨之不斷發(fā)展。憑借高端模塊行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的廣泛采用（如COM Express及Qseven），嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能夠在越來(lái)越高的集成度下進(jìn)行工作。最新的COM接口就采用了符合高端協(xié)議的分組互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，如PCIe、USB 3.0、千兆以太網(wǎng)及Display視頻接口。這些接口置于物理層及連接層上，此處CPU及存儲(chǔ)選擇都要求特殊的設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)模塊符合高端接口標(biāo)準(zhǔn)，目前系統(tǒng)設(shè)計(jì)者在CPU選擇上擁有更大的自由，并且能夠受益于最新的低功耗、低成本嵌入式處理器的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

通常，因?yàn)榍袚Q成本相當(dāng)高，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者難以擺脫前些年CPU設(shè)計(jì)選擇的限制。硬件開發(fā)通常涉及處理器接口芯片和主板的設(shè)計(jì)。軟件切換成本更加龐大，因?yàn)镃PU架構(gòu)需要購(gòu)買新的開發(fā)工具，要求定制化軟件。然而，各種行業(yè)趨勢(shì)推動(dòng)了CPU平臺(tái)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(guò)各種應(yīng)用優(yōu)化產(chǎn)品。

半導(dǎo)體的集成推動(dòng)了技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)功能越來(lái)越豐富，芯片尺寸越來(lái)越小。很多高容量市場(chǎng)可能最終會(huì)發(fā)展為單芯片SOC，大多數(shù)嵌入式設(shè)計(jì)都有特殊的要求，嵌入式處理器的硬件元器件接口針對(duì)每種系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)計(jì)，使各種嵌入式設(shè)計(jì)更加完善。因?yàn)橹械热萘慨a(chǎn)品最具靈活性，很多系統(tǒng)設(shè)計(jì)者已轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)核心模塊（COM）的設(shè)計(jì)，將單個(gè)載板設(shè)計(jì)用于各種產(chǎn)品，支持標(biāo)準(zhǔn)子卡對(duì)最新CPU技術(shù)的快速采用。在高度集成的發(fā)展趨勢(shì)下，擁有高速互聯(lián)技術(shù)的先進(jìn)外圍設(shè)備也已實(shí)現(xiàn)高度的標(biāo)準(zhǔn)化，支持最新的COM標(biāo)準(zhǔn)，包括多通道PCI Express、千兆以太網(wǎng)、USB 3.0及Display顯示端口。

鑒于新標(biāo)準(zhǔn)的廣泛采用，如COM Express 2.0版，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者已將植根于老式計(jì)算機(jī)的CPU專用接口大大減少。新的接口可以支持更多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，與物理層及連接層總線架構(gòu)之上的硬件抽象層共享高端、分組互聯(lián)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。哪一種類型的CPU處理在數(shù)據(jù)并不重要，因?yàn)檫@些新的接口在數(shù)據(jù)傳輸層進(jìn)行連接，可支持各種類型的CPU。絕大多數(shù)COM標(biāo)準(zhǔn)甚至還包括對(duì)通用I/O的支持，而且還可支持某些個(gè)人電腦的功能。

本文主要探討CPU的硬件選擇，同時(shí)也談及了軟件抽象化的發(fā)展趨勢(shì)。幾乎所有嵌入式操作系統(tǒng)都支持x86架構(gòu)（Intel、AMD、VIA）及各廠商的ARM架構(gòu)處理器。隨著跨平臺(tái)開發(fā)工具和開發(fā)包的普遍應(yīng)用，應(yīng)用源代碼更具輕便性。甚至隨著Java、HTML5等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，二進(jìn)制輕便性已越來(lái)越容易實(shí)現(xiàn)。軟件抽象化趨勢(shì)甚至可能為其他類型的CPU架構(gòu)（如MIPS、PPC、Tensilica等）提供與x86及ARM架構(gòu)競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)會(huì)。

這些趨勢(shì)對(duì)技術(shù)的發(fā)展有何啟示呢？為了回答這一問(wèn)題，不妨來(lái)看看Kontron對(duì)支持ARM架構(gòu)處理器的廣泛支持。作為COM Express市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者，Kontron曾主要支持其戰(zhàn)略合作伙伴英特爾的CPU產(chǎn)品。然而，業(yè)界的發(fā)展趨勢(shì)給予Kontron提供COM主板的機(jī)會(huì)。Kontron收購(gòu)了德州儀器（Texas Instruments）的ARM架構(gòu)處理器，同時(shí)宣布對(duì)搭載AMD處理器的COM Express主板提供更加全面的支持。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(jìng)爭(zhēng)。很多COM主板廠商已提供采用Qseven COM標(biāo)準(zhǔn)的ARM架構(gòu)產(chǎn)品，在移動(dòng)應(yīng)用中利用精簡(jiǎn)型架構(gòu)。英特爾產(chǎn)品仍然擁有最豐富的功能和最高的性能，這些COM標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)者在每種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)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(chuàng)新，以應(yīng)對(duì)這些新的競(jìng)爭(zhēng)威脅。

鑒于標(biāo)準(zhǔn)模塊的發(fā)展以及來(lái)自AMD、VIA及ARM的競(jìng)爭(zhēng)壓力，英特爾在控制CPU價(jià)格方面顯得相形見絀。過(guò)去，英特爾嵌入式系統(tǒng)需要通過(guò)升級(jí)到高價(jià)格的英特爾處理器（及芯片組）來(lái)實(shí)現(xiàn)更快的存儲(chǔ)速度、64位處理性能、虛擬化、高級(jí)電源管理、硬件加密等。這些性能大多可在CPU的設(shè)計(jì)中都已得到實(shí)現(xiàn)，繼而也抬高了價(jià)格。只要大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)公司仍然采用英特爾芯片，價(jià)格策略對(duì)大家的影響就是相同的。然而，行業(yè)趨勢(shì)將COM Express及Qseven卷入了競(jìng)爭(zhēng)。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(fèi)用。

威盛電子十幾年來(lái)一直致力于嵌入式市場(chǎng)的x86處理器研發(fā)，其Nano架構(gòu)順應(yīng)行業(yè)趨勢(shì)的發(fā)展，在業(yè)內(nèi)占據(jù)舉足輕重的作用，不但降低了處理器的切換成本，而且加強(qiáng)了威盛在COM Express和Qseven領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。威盛的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于產(chǎn)品的高性能，這樣的性能只有英特爾的高端處理器才可提供。比如，英特爾面向價(jià)格敏感的嵌入式市場(chǎng)推出Atom架構(gòu)，而將英特爾Core和Xeon處理器家族投向更高價(jià)位的應(yīng)用中。目前，英特爾Atom處理器僅采用800MHz內(nèi)存，而基于威盛Nano核心的系統(tǒng)采用1066 MHz內(nèi)存，存儲(chǔ)帶寬與英特Atom處理器相比高出33%。這種差異可進(jìn)一步延伸到微處理器領(lǐng)域。英特爾Atom是雙指令、順序執(zhí)行架構(gòu)，與威盛Nano 架構(gòu)的三指令執(zhí)行、亂序設(shè)計(jì)相比，明顯處于劣勢(shì)。Atom的優(yōu)勢(shì)在于采用雙核和多線程，但最新的威盛處理器提供雙核和四核版本。威盛已發(fā)布SPEC CPU2000白皮書，其中顯示了在13瓦的熱設(shè)計(jì)功耗下高達(dá)40%的性能差異（下載白皮書請(qǐng)登錄：http://www.via.com.tw/en/products/proces-sors/nanoX2/whitepaper.jsp）。為了使基于英特爾核心的COM Express模塊超越基于威盛Nano X2及威盛四核處理器的模塊性能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必須將英特爾COM Express的核心升級(jí)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(shù)量、時(shí)鐘率、存儲(chǔ)速度，才能實(shí)現(xiàn)優(yōu)于威盛模塊的性能優(yōu)勢(shì)。

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(guò)AES NI（新指令）支持加密，但英特爾嵌入式產(chǎn)品清單顯示，該功能只能對(duì)Core i5及更高性能的英特爾核心提供。對(duì)于早期的處理器，威盛優(yōu)化了硬件引擎，并將其作為一項(xiàng)必不可少的功能，甚至將其應(yīng)用到經(jīng)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院認(rèn)證的Padlock引擎中。英特爾對(duì)硬件加密的支持將鼓勵(lì)更多的系統(tǒng)設(shè)計(jì)者提升安全性能，因?yàn)榛谲浖募夹g(shù)安全性較低，且需要較大功耗。來(lái)自威盛的競(jìng)爭(zhēng)壓力可能促使英特爾對(duì)其所有處理器產(chǎn)品制定硬件加密標(biāo)準(zhǔn)。

如果半導(dǎo)體集成的行業(yè)趨勢(shì)及硬件/軟件抽象化繼續(xù)發(fā)展，將會(huì)怎樣？當(dāng)所有芯片性能都集成到單芯片上時(shí)，這種集成趨勢(shì)就會(huì)終止。然而，歷史表明，每個(gè)嵌入式市場(chǎng)對(duì)外圍設(shè)備和接口的要求都略有不同。只有高容量市場(chǎng)會(huì)實(shí)現(xiàn)自己的SOC，其他大多數(shù)一般用途的設(shè)計(jì)、嵌入式處理器及特殊應(yīng)用的硬件尚且無(wú)法實(shí)現(xiàn)。然而，業(yè)界可能會(huì)嘗試為嵌入式處理器芯片設(shè)計(jì)一種通用的封裝和引腳，通過(guò)COM來(lái)提供技術(shù)優(yōu)勢(shì)，這樣就可以得到更加廣泛的應(yīng)用。即使將單個(gè)COM設(shè)備的芯片性能集成到一個(gè)單芯片上，這個(gè)半導(dǎo)體芯片仍然可以用于不同的COM引腳（類似于COM Express上的多連接器）。對(duì)于中等容量的嵌入式應(yīng)用，因?yàn)槟K可以更換，針對(duì)再利用的設(shè)計(jì)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(huì)隨著標(biāo)準(zhǔn)接口的廣泛應(yīng)用而不斷下降，軟件抽象化繼續(xù)發(fā)展。為了避免過(guò)度標(biāo)準(zhǔn)化，CPU廠商將面臨更大的創(chuàng)新壓力，他們需要不斷創(chuàng)新，在性能和功耗上提升競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，所有發(fā)展趨勢(shì)都是有利的，因?yàn)镃PU的競(jìng)爭(zhēng)將促進(jìn)行業(yè)的增長(zhǎng)，來(lái)帶更多開發(fā)新型產(chǎn)品的機(jī)會(huì)。