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(fā)展趨勢。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)體的集成化趨勢使整個計算機系統(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大功能，嵌入式計算也隨之不斷發(fā)展。憑借高端模塊行業(yè)標準的廣泛采用（如COM Express及Qseven），嵌入式系統(tǒng)設(shè)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(xié)議的分組互聯(lián)標準，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及存儲選擇都要求特殊的設(shè)計。計算機模塊符合高端接口標準，目前系統(tǒng)設(shè)計者在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爭優(yōu)勢。

通常，因為切換成本相當(dāng)高，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計者難以擺脫前些年CPU設(shè)計選擇的限制。硬件開發(fā)通常涉及處理器接口芯片和主板的設(shè)計。軟件切換成本更加龐大，因為CPU架構(gòu)需要購買新的開發(fā)工具，要求定制化軟件。然而，各種行業(yè)趨勢推動了CPU平臺及系統(tǒng)設(shè)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(yīng)用優(yōu)化產(chǎn)品。

半導(dǎo)體的集成推動了技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)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(fā)展為單芯片SOC，大多數(shù)嵌入式設(shè)計都有特殊的要求，嵌入式處理器的硬件元器件接口針對每種系統(tǒng)單獨設(shè)計，使各種嵌入式設(shè)計更加完善。因為中等容量產(chǎn)品最具靈活性，很多系統(tǒng)設(shè)計者已轉(zhuǎn)向計算機核心模塊（COM）的設(shè)計，將單個載板設(shè)計用于各種產(chǎn)品，支持標準子卡對最新CPU技術(shù)的快速采用。在高度集成的發(fā)展趨勢下，擁有高速互聯(lián)技術(shù)的先進外圍設(shè)備也已實現(xiàn)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(wǎng)、USB 3.0及Display顯示端口。

鑒于新標準的廣泛采用，如COM Express 2.0版，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計者已將植根于老式計算機的CPU專用接口大大減少。新的接口可以支持更多行業(yè)標準，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。哪一種類型的CPU處理在數(shù)據(jù)并不重要，因為這些新的接口在數(shù)據(jù)傳輸層進行連接，可支持各種類型的CPU。絕大多數(shù)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(fā)展趨勢。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，二進制輕便性已越來越容易實現(xiàn)。軟件抽象化趨勢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)競爭的機會。

這些趨勢對技術(shù)的發(fā)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(gòu)處理器的廣泛支持。作為COM Express市場的領(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(gòu)處理器，同時宣布對搭載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主板廠商的競爭。很多COM主板廠商已提供采用Qseven COM標準的ARM架構(gòu)產(chǎn)品，在移動應(yīng)用中利用精簡型架構(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標準的發(fā)展支持系統(tǒng)設(shè)計者在每種產(chǎn)品的設(shè)計開發(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)對這些新的競爭威脅。

鑒于標準模塊的發(fā)展以及來自AMD、VIA及ARM的競爭壓力，英特爾在控制CPU價格方面顯得相形見絀。過去，英特爾嵌入式系統(tǒng)需要通過升級到高價格的英特爾處理器（及芯片組）來實現(xiàn)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CPU的設(shè)計中都已得到實現(xiàn)，繼而也抬高了價格。只要大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)公司仍然采用英特爾芯片，價格策略對大家的影響就是相同的。然而，行業(yè)趨勢將COM 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于嵌入式市場的x86處理器研發(fā)，其Nano架構(gòu)順應(yīng)行業(yè)趨勢的發(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，而且加強了威盛在COM Express和Qseven領(lǐng)域的競爭力。威盛的技術(shù)優(yōu)勢在于產(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，英特爾面向價格敏感的嵌入式市場推出Atom架構(gòu)，而將英特爾Core和Xeon處理器家族投向更高價位的應(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(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)計相比，明顯處于劣勢。Atom的優(yōu)勢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(shù)量、時鐘率、存儲速度，才能實現(xiàn)優(yōu)于威盛模塊的性能優(yōu)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(chǎn)品清單顯示，該功能只能對Core i5及更高性能的英特爾核心提供。對于早期的處理器，威盛優(yōu)化了硬件引擎，并將其作為一項必不可少的功能，甚至將其應(yīng)用到經(jīng)美國國家標準與技術(shù)研究院認證的Padlock引擎中。英特爾對硬件加密的支持將鼓勵更多的系統(tǒng)設(shè)計者提升安全性能，因為基于軟件的技術(shù)安全性較低，且需要較大功耗。來自威盛的競爭壓力可能促使英特爾對其所有處理器產(chǎn)品制定硬件加密標準。

如果半導(dǎo)體集成的行業(yè)趨勢及硬件/軟件抽象化繼續(xù)發(fā)展，將會怎樣？當(dāng)所有芯片性能都集成到單芯片上時，這種集成趨勢就會終止。然而，歷史表明，每個嵌入式市場對外圍設(shè)備和接口的要求都略有不同。只有高容量市場會實現(xiàn)自己的SOC，其他大多數(shù)一般用途的設(shè)計、嵌入式處理器及特殊應(yīng)用的硬件尚且無法實現(xiàn)。然而，業(yè)界可能會嘗試為嵌入式處理器芯片設(shè)計一種通用的封裝和引腳，通過COM來提供技術(shù)優(yōu)勢，這樣就可以得到更加廣泛的應(yīng)用。即使將單個COM設(shè)備的芯片性能集成到一個單芯片上，這個半導(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）。對于中等容量的嵌入式應(yīng)用，因為模塊可以更換，針對再利用的設(shè)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(yīng)用而不斷下降，軟件抽象化繼續(xù)發(fā)展。為了避免過度標準化，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爭力。對于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計者來說，所有發(fā)展趨勢都是有利的，因為CPU的競爭將促進行業(yè)的增長，來帶更多開發(fā)新型產(chǎn)品的機會。