如何為您的下一個應(yīng)用程序選擇嵌入式系統(tǒng)

本文重點闡述了部分工程師對嵌入式平臺的一些常見誤會和誤解；在此基礎(chǔ)上提出了正確的討論框架；明確區(qū)分今天的嵌入式解決方案和 5 年或 10 年前那些方案的不同之處；認識到當前嵌入式技術(shù)發(fā)生的重要演進；告訴大家如何給自己的下一個應(yīng)用程序選擇嵌入式系統(tǒng)。

摘要

所周知，許多系統(tǒng)集成商和最終用戶都會繼續(xù)為某些類型的嵌入式應(yīng)用程序選擇標準 PC平臺。盡管過去標準 PC 的確擁有一些勝過定制設(shè)計的嵌入式平臺的優(yōu)勢，特別是對于那些以較低的費用而需要“類似 PC”的性能和能力的應(yīng)用程序。嵌入式解決方案的前景發(fā)生了翻天覆地的變化，一切只為更好地服務(wù)于這些應(yīng)用程序：

（1）嵌入式系統(tǒng)技術(shù)和設(shè)計的演進包括基于標準的界面和平臺的擴展、配合 CPU 的快速發(fā)展、并且以圖形性能彌補與 PC之間的差距。

（2）在嵌入式應(yīng)用程序中開發(fā)典型的商用 PC，與之關(guān)聯(lián)的隱性使用壽命管理費用并非始終為人所知。在這種充滿挑戰(zhàn)的全球經(jīng)濟環(huán)境中，系統(tǒng)集成商面對日益增長的壓力，以降低成本、加快上市時間 （TTM），在實現(xiàn)利潤最大化的同時降低風險。本文探索了商用 PC 平臺在嵌入式應(yīng)用程序中使用時的隱藏費用，以及今天的嵌入式平臺，如 AMD 啟用的那些，是您為自己的下一個高端嵌入式應(yīng)用程序選擇嵌入式系統(tǒng)提供的卓越之選。

簡介

嵌入式是IDC預(yù)測的一個巨大市場，到 2015 年底全球收入將增長到 2 萬6 千億美元，并且 CAGR 將達到10%。大部分人沒有認識到 PC 只占當前使用的所有計算設(shè)備的約2%。據(jù) Artemis Embedded Computing Systems Initiativeii 估計，今天所有計算設(shè)備中的 98% 都是嵌入其他類型的電子設(shè)備，并且到 2020年，將有超過400 億臺的嵌入式設(shè)備。

當今嵌入式平臺的誤會和誤解

至關(guān)重要的是通過澄清有關(guān)嵌入式平臺的一些常見誤會和誤解以便提出正確討論框架。要達到這樣的目的，我們首先需要明確區(qū)分今天的嵌入式解決方案和 5 年或 10 年前那些方案的不同之處，并認識到當前嵌入式技術(shù)的重要演進。

誤會 1：與相當一部分嵌入式系統(tǒng)相比，PC 始終擁有更高的性能（特別是在圖形和視頻密集的應(yīng)用程序中）。

今天的主流 PC 處理子系統(tǒng)（CPU、圖形和視頻）具有高 MHz、多核、大緩存、快速廣泛的系統(tǒng)總線。盡管目前大部分 PC 的確能在運行 PC 應(yīng)用程序和基準方面擊敗嵌入式平臺，但問題是您真正需要多少性能，以及您真正需要何種性能？并且在尺寸和功耗方面，您準備為性能水平支付怎樣的價格？在今 天眾多嵌入式應(yīng)用程序向著更加交互、連接和多媒體豐富的使用情況（即“智能系統(tǒng)”）演進的同時，嵌入式 CPU 和 GPU 日益緊跟這些不斷增長的性能需求。今天生產(chǎn)的許多設(shè)備具備多核、快速專用的 2D 和 3D 顯卡以及支持多種高清視頻流的硬件。這些設(shè)備的架構(gòu)提供針對特定嵌入式應(yīng)用程序的性能級別，并經(jīng)過高度優(yōu)化，提供勝過傳統(tǒng) PC 的每美元和每瓦特的卓越性能。[!--empirenews.page--]

操作系統(tǒng)還在系統(tǒng)性能中扮演重要的角色。今天的主流 PC 需要額外的馬力和系統(tǒng)內(nèi)存才能有效運行 Windows®或 Linux® 操作系統(tǒng)，以及并發(fā)執(zhí)行一些苛刻的應(yīng)用程序和后臺任務(wù)。由于嵌入式系統(tǒng)通常擁有一組需要它們運行的預(yù)先定義的應(yīng)用程序，所以硬件的總體性能要求通常低于一 臺 PC，而不會影響用戶體驗。一個有限的應(yīng)用程序組還允許嵌入式系統(tǒng)運行為其專門構(gòu)造的操作系統(tǒng)，例如 Windows Embedded（及其所有衍生產(chǎn)品）和 Embedded Linux。盡管這些操作系統(tǒng)完全具有特征，它們也可用作組成軟件包，能通過構(gòu)建匹配嵌入式硬件，但這卻意味著產(chǎn)生的“圖像”只包含支持特定硬件配置和有 限應(yīng)用程序組所需的模塊、資源和驅(qū)動程序。嵌入式操作系統(tǒng)也“更單薄”，這意味著應(yīng)用程序擁有更多的直接控制力以及對硬件的更快訪問，可對總體系統(tǒng)性能做 出重大貢獻。想象一下任何時候為 PC 安裝一個新的設(shè)備驅(qū)動程序都會顯著提高其運行一個特定應(yīng)用程序的性能（特別是圖形密集的應(yīng)用程序）。這是軟件的多個層駐留在應(yīng)用程序之間以及典型 PC 中的硬件會影響性能和用戶體驗的一個范例。

誤會 2：嵌入式系統(tǒng)缺乏確保兼容性、互操作性和可升級性的標準

自 1982 年 VMEbus Manufacturers Group 成立（2005 年更名為 VITA）以來，VITA 一直是嵌入式系統(tǒng)市場的開放系統(tǒng)架構(gòu)冠軍。隨后是 PC/104 Embedded Consortium（1992）、PCI Industrial ComputerManufacturers Group（PICMG）（1994）、Khronos Group（2000）、Embedded Linux Consortium（2000），以及更多最近的實體，例如 Small Form Factor Special Interest Group（2007），ProSE（歐洲Standards Working Group of ARTEMIS 推進的一項計劃，建立于 2008 年）一直吸引著業(yè)界最大的廠商，并在嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的方方面面推動開放標準。盡管許多這些實體（或它們的子協(xié)會）都有明確的市場（例如消費品、儀器和汽 車），但它們卻擁有共同的目標，例如建立簡化開發(fā)工具創(chuàng)建的標準；實現(xiàn)更高性能和功能豐富的軟件；改善系統(tǒng)的測試和耐用性；提高平臺的可擴展性、可升級性 和互操作性。

此外，用于基于 PC 的 CPU 架構(gòu)遷移到嵌入式空間。今天許多高端嵌入式系統(tǒng)（主流是 x86）結(jié)合了眾多 PC技術(shù)和界面標準，例如 OpenGL ES（OpenGL 的一個嵌入式版本）用于圖形加速；SATA 用于硬件驅(qū)動；PCIe® 用于離散圖形硬件和其他擴展功能；USB 用于外設(shè)；10/100base-T 用于以太網(wǎng)；而DDR2/3 SDRAM 用于系統(tǒng)內(nèi)存。PC 技術(shù)的這些適應(yīng)性配合特定嵌入式技術(shù)標準的進步實現(xiàn)了商用操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序更廣泛的多樣性，以便為嵌入式系統(tǒng)更輕松地遷移和優(yōu)化。

誤會 3：嵌入式系統(tǒng)不是 x86，會增加開發(fā)成本和 TTM。

盡管傳統(tǒng)嵌入式 CPU 架構(gòu)，例如 ARM 和 MIP，的確繼續(xù)占有大部分市場份額，基于 x86 的處理器將從成本批量發(fā)運的層面主導嵌入式市場。此外，諸如 AMD 和 Microsoft 這樣的公司，以及開放源代碼 Linux（包括 Embedded Linux）正在推進成熟的和高水平開發(fā)工具的提高可用性，包括 Integrated Development Environments（IDE），以及幫助加快針對基于 x86 的 TTM 的技術(shù)支持。