嵌入式处理芯片设计的新动向和新设计方式(下)

　　另外，如按传统的嵌入式微处理器的芯片体系结构和设计方法，为了满足多方面应用的需求，往往把功能设计得面面俱到，导致芯片的逻辑电路非常复杂，却不能产生理想的效果，并导致很高的成本和功耗。为此，需要在新的原理和结构的指导下，设计出创新的微处理器芯片的新系列产品，使芯片的结构能按照应用的需求来设计，以有效地利用芯片上的逻辑资源，动态地适应不同的应用要求，从而达到大大降低微处理器芯片的成本和功耗的要求。

　　另外，互联网络的发展、实时计算、多媒体播放、低功耗的便携性等新兴应用的需求，也需要更新现有的嵌入式微处理器系统的体系结构和设计技术。所以，探索嵌入式微处理器的新体系结构和技术设计方式，来指导嵌入式微处理器的设计，避免低效率的复杂系统的设计方式，成了急需解决的问题。

　　软件硬件化的的热点

　　笔者将市场需求和实际应用对嵌入式微处理器的发展要求概括为：“三高两低一易”，即高性能，高兼容性，高可靠性，低功耗，低成本，易开发。

　　为了达到此目的，需要采取软件硬化的技术解决以下的关键技术问题：

　　①采用新的嵌入式微处理器体系结构和设计方式，解决高性能和低功耗的矛盾;②并行处理体系(如多核结构和多硬件功能模块等)在嵌入微处理芯片中的应用;③如何在嵌入式微处理器的设计中，充分高效利用软件硬化的技术设计手段;④如何低成本地把众多的外围电路与模拟电路以可裁剪的方式在微处理器中实现;⑤利用已有的IC芯片设计和加工技术如何降低芯片的整体成本;⑥如何在结构设计上避免芯片加工工艺带来的参数离散性和软失效等问题;⑦如何合理的将系统功能切分成软件和硬件部分;⑧如何同步实现系统软件和微处理器芯片同步协调设计等问题;⑨解决系统软件与芯片系统在同一开发平台同步测试和检验的问题;⑩新设计的嵌入式微处理器芯片如何与现有的系统软件高度兼容的问题。

　　如果能在此阶段充分地利用了以上所提到的新式微处理器的体系结构和设计手段，如软件硬化等设计技术，就会较大提高嵌入式微处理器的性能价格比。比如，采用8位CPU完成32位CPU运算速度和功能。如用这种软件硬化的思路和方法，重新设计一款80C51微处理器，就会极大地提高以80C51为代表的此类嵌入式微处理器的运算能力，可达到32位ARM微处理器的运算性能，而只有80C51系列的价格。利用这一特点就会设计和生产出具有竞争力的整机产品。同时，也会使80C51系统嵌入式微处理器的生命力得到延伸。

　　其次，80C51系列的系统和应用软件系统比ARM要丰富得多。熟悉8051的开发人员也要比ARM多得多。根据中国的国情应充分利用这部分资源。其实，80C51嵌入式微处理器的运算速度慢，不是慢在软件系统，而是慢在落后的80C51核心的芯片结构和设计技术方式上。如果采用了按全新的体系结构和设计方式，重新设计一款新的兼容80C51微处理器指令的微处理器，就会挖掘出80C51系统的巨大技术潜力和市场价值。这样就会节省大量的社会资源和人力资源以及技术资源，充分利用80C51系统的极大技术优势和人员优势。

　　前两年，笔者配合北京某家知名的公司应用以上的思路和设计方法已完成一款全新的兼容80C51系列指令时钟达到200MHz的单时钟周期的嵌入式微处理器芯片的设计。并且，已经量产了该系列的微处理器芯片，成功应用在另一家知名公司的一款新型影视产品中，极大地提高了该产品的性价比和降低了整机造价，使该产品具有了比较强大的市场竞争力，占领了该系列产品市场的50%以上的市场份额，取得了极好的经济效益。