嵌入式處理芯片設計的新動向和新設計方式(下)

　　另外，如按傳統(tǒng)的嵌入式微處理器的芯片體系結(jié)構和設計方法，為了滿足多方面應用的需求，往往把功能設計得面面俱到，導致芯片的邏輯電路非常復雜，卻不能產(chǎn)生理想的效果，并導致很高的成本和功耗。為此，需要在新的原理和結(jié)構的指導下，設計出創(chuàng)新的微處理器芯片的新系列產(chǎn)品，使芯片的結(jié)構能按照應用的需求來設計，以有效地利用芯片上的邏輯資源，動態(tài)地適應不同的應用要求，從而達到大大降低微處理器芯片的成本和功耗的要求。

　　另外，互聯(lián)網(wǎng)絡的發(fā)展、實時計算、多媒體播放、低功耗的便攜性等新興應用的需求，也需要更新現(xiàn)有的嵌入式微處理器系統(tǒng)的體系結(jié)構和設計技術。所以，探索嵌入式微處理器的新體系結(jié)構和技術設計方式，來指導嵌入式微處理器的設計，避免低效率的復雜系統(tǒng)的設計方式，成了急需解決的問題。

　　軟件硬件化的的熱點

　　筆者將市場需求和實際應用對嵌入式微處理器的發(fā)展要求概括為：“三高兩低一易”，即高性能，高兼容性，高可靠性，低功耗，低成本，易開發(fā)。

　　為了達到此目的，需要采取軟件硬化的技術解決以下的關鍵技術問題：

　?、俨捎眯碌那度胧轿⑻幚砥黧w系結(jié)構和設計方式，解決高性能和低功耗的矛盾;②并行處理體系(如多核結(jié)構和多硬件功能模塊等)在嵌入微處理芯片中的應用;③如何在嵌入式微處理器的設計中，充分高效利用軟件硬化的技術設計手段;④如何低成本地把眾多的外圍電路與模擬電路以可裁剪的方式在微處理器中實現(xiàn);⑤利用已有的IC芯片設計和加工技術如何降低芯片的整體成本;⑥如何在結(jié)構設計上避免芯片加工工藝帶來的參數(shù)離散性和軟失效等問題;⑦如何合理的將系統(tǒng)功能切分成軟件和硬件部分;⑧如何同步實現(xiàn)系統(tǒng)軟件和微處理器芯片同步協(xié)調(diào)設計等問題;⑨解決系統(tǒng)軟件與芯片系統(tǒng)在同一開發(fā)平臺同步測試和檢驗的問題;⑩新設計的嵌入式微處理器芯片如何與現(xiàn)有的系統(tǒng)軟件高度兼容的問題。

　　如果能在此階段充分地利用了以上所提到的新式微處理器的體系結(jié)構和設計手段，如軟件硬化等設計技術，就會較大提高嵌入式微處理器的性能價格比。比如，采用8位CPU完成32位CPU運算速度和功能。如用這種軟件硬化的思路和方法，重新設計一款80C51微處理器，就會極大地提高以80C51為代表的此類嵌入式微處理器的運算能力，可達到32位ARM微處理器的運算性能，而只有80C51系列的價格。利用這一特點就會設計和生產(chǎn)出具有競爭力的整機產(chǎn)品。同時，也會使80C51系統(tǒng)嵌入式微處理器的生命力得到延伸。

　　其次，80C51系列的系統(tǒng)和應用軟件系統(tǒng)比ARM要豐富得多。熟悉8051的開發(fā)人員也要比ARM多得多。根據(jù)中國的國情應充分利用這部分資源。其實，80C51嵌入式微處理器的運算速度慢，不是慢在軟件系統(tǒng)，而是慢在落后的80C51核心的芯片結(jié)構和設計技術方式上。如果采用了按全新的體系結(jié)構和設計方式，重新設計一款新的兼容80C51微處理器指令的微處理器，就會挖掘出80C51系統(tǒng)的巨大技術潛力和市場價值。這樣就會節(jié)省大量的社會資源和人力資源以及技術資源，充分利用80C51系統(tǒng)的極大技術優(yōu)勢和人員優(yōu)勢。

　　前兩年，筆者配合北京某家知名的公司應用以上的思路和設計方法已完成一款全新的兼容80C51系列指令時鐘達到200MHz的單時鐘周期的嵌入式微處理器芯片的設計。并且，已經(jīng)量產(chǎn)了該系列的微處理器芯片，成功應用在另一家知名公司的一款新型影視產(chǎn)品中，極大地提高了該產(chǎn)品的性價比和降低了整機造價，使該產(chǎn)品具有了比較強大的市場競爭力，占領了該系列產(chǎn)品市場的50%以上的市場份額，取得了極好的經(jīng)濟效益。