在科技飛速發(fā)展的今天,我們周圍一切都發(fā)生著翻天覆地的變化,而傳統(tǒng)工業(yè)也正經(jīng)歷著一場有著“第三次工業(yè)革命”之稱的深刻變革。這場變革正發(fā)生在我們的身邊,其核心是“制造業(yè)數(shù)字化”,即為“智能工業(yè)”。
“智能工業(yè)”是將具有環(huán)境感知能力的各類終端、基于泛在技術(shù)的計(jì)算模式、移動通信等不斷融入到工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié),大幅提高制造效率,改善產(chǎn)品質(zhì)量,降低產(chǎn)品成本和資源消耗,將傳統(tǒng)工業(yè)提升到智能化的新階段。智能工業(yè)的實(shí)現(xiàn)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的滲透和應(yīng)用,并與未來先進(jìn)制造技術(shù)相結(jié)合,形成新的智能化的制造體系。所以,智能工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)在于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)在于智能嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。嵌入式微處理器具有性能強(qiáng)大、體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)?,F(xiàn)階段ARM微處理器作為嵌入式系統(tǒng)主流趨勢代表,受到越來越多的關(guān)注。由于ARM公司通過授權(quán)方式與全球主要半導(dǎo)體公司均有合作,導(dǎo)致ARM芯片類型繁多,應(yīng)用方向各有側(cè)重,增加了國內(nèi)開發(fā)者進(jìn)行芯片選型的難度。
在消費(fèi)類電子中主要有蘋果、高通、三星、英偉達(dá)等公司的ARM芯片主宰江湖,這些公司生產(chǎn)的 ARM芯片性能強(qiáng)大,接口豐富,擴(kuò)展性強(qiáng),程序移植方便,但生命周期短、不能適應(yīng)惡略環(huán)境等特點(diǎn)并不適合智能工業(yè)應(yīng)用。智能工業(yè)領(lǐng)域所需的ARM芯片要求有更高的可靠性,更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力,更長芯片生命周期。接下來將介紹兩家有代表性的ARM智能工業(yè)嵌入式處理器的公司飛思卡爾(Freescale)和德州儀器(TI)以及其相關(guān)的嵌入式處理器產(chǎn)品線。
公司簡介
飛思卡爾(Freescale™ Semiconductor),是美國的半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商。2004年由摩托羅拉半導(dǎo)體部組建??偛课挥诘驴怂_斯州奧斯汀,是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司。飛思卡爾的主要產(chǎn)品為面向嵌入和通訊市場的芯片,同時飛思卡爾還是POWER體系芯片的重要提供商。飛思卡爾也是第一個將MRAM商業(yè)化的廠商。
ARM系列
飛思卡爾自ARM7開始即與ARM公司開展合作,經(jīng)過不斷的換代升級形成了獨(dú)特的i.MX系列多媒體應(yīng)用處理器,以其出色的性能、超低的功耗和豐富的多媒體內(nèi)容的支持,受到全球開發(fā)者的青睞。截止2013年初已正式推出基于ARM CoertexA9的包含單核、雙核、四核在內(nèi)的i.MX6X系列處理器。飛思卡爾i.MX處理器主要面向工業(yè)、監(jiān)控、汽車電子等行業(yè)。
工業(yè)應(yīng)用
優(yōu)勢:芯片生命周期長、性能穩(wěn)定、具備為環(huán)境苛刻的應(yīng)用,如軍事、航空航天、工業(yè)和汽車系統(tǒng)等提供的工業(yè)級至汽車級的產(chǎn)品。值得一提的是飛思卡爾在汽車電子領(lǐng)域占據(jù)了70%的行業(yè)份額,被稱為汽車電子中的“英特爾公司”?;谄囆袠I(yè)自身特點(diǎn),飛思卡爾芯片的溫寬、穩(wěn)定性和8-10年的生命周期都非常適合工業(yè)方向的應(yīng)用。
劣勢:1、芯片成本較高,開發(fā)難度較大。
2、原廠推薦周邊芯片均為歐美芯片,采購難度大。一般需要通過國內(nèi)的飛思卡爾第三方獨(dú)立設(shè)計(jì)公司(IDH)協(xié)助,完成本土化工作。
3、飛思卡爾技術(shù)支持力量主要針對一線客戶即國際化大公司如微軟、博世等,國內(nèi)公司很難從原廠獲得必要的支持,也需要通過第三方公司協(xié)助。
飛思卡爾i.MX系列嵌入式處理器,見下表。
飛思卡爾i.MX 系列處理器 |
應(yīng)用方向 |
芯片特點(diǎn) |
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ARM 9 |
i.MX21 |
手機(jī)和PDA等手持式移動便攜設(shè)備。 |
主頻266MHZ,支持實(shí)時MPEG4和H.263編解碼,每秒傳輸30幀CIF或QVGA圖像;馬賽克平滑過濾(de-block)、de-ring等。 |
i.MX23 |
電子書、便攜媒體播放器(PMP)和簡單人機(jī)界面(HMI)系統(tǒng)。 |
主頻454M Hz,集成一流的模擬和混合信號技術(shù)。支持24位VGA顯示器的圖像處理單元,支持豐富的用戶界面。低功耗,提供內(nèi)存卡擴(kuò)展功能和包括WiFi和Bluetooth無線連接標(biāo)準(zhǔn)。 |
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i.MX25 |
車內(nèi)信息娛樂系統(tǒng)、工業(yè)安全、住宅智能電表、條形碼掃描儀等。 |
主頻400MHz,片內(nèi)集成CSI接口。擁有16K的指令緩存和16K數(shù)據(jù)緩存,128KB SRAM和2KB 加密ROM,并且集成了LCD和SLCD控制器,CMOS sensor輸入接口, 2個CAN接口等。 |
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i.MX27 |
樓宇對講、視頻監(jiān)控、廣告機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、可視電話、導(dǎo)航設(shè)備等 |
主頻400MHz,特點(diǎn)是H.264硬件雙向編解碼,編解碼不占CPU資源。MPEG-4 硬件編解碼支持D1的分辨率。電源管理系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)傳輸控制,強(qiáng)大的圖形處理以及豐富的外設(shè)。 |
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i.MX28 |
人機(jī)界面、工控顯示、手持掃描儀、電子POS終端、智能網(wǎng)關(guān)、智能儀表等 |
o 主頻454MHz,12位8通道ADC,2個I2C接口,6個串口,2以個以太網(wǎng)接口,2個CAN接口,4個SD/MMC接口。4個定時器,6個PWM輸出。3.3伏引腳I/O支持,可減少PCB和制造成本的0.8mm間距封裝,適用于惡劣環(huán)境的擴(kuò)展溫度范圍。 |
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ARM 11 |
i.MX31 |
工業(yè),汽車,醫(yī)療和一般嵌入式設(shè)備。全球第一款經(jīng)過認(rèn)證的汽車級芯片。 |
主頻532MHz,采用90納米制程技術(shù),128K的L2-Cache高速緩存DDR SDRAM:256Mb內(nèi)置3D圖形硬件加速器,不占CPU資源。H.264的軟件編解碼,優(yōu)秀的語音識別系統(tǒng),Smart Speed增強(qiáng)技術(shù)的高效電源管理系統(tǒng),外設(shè)接口豐富。 |
i.MX35 |
汽車電子、工業(yè)控制、工廠自動化、建筑控制、智能家居、GPS、PND以及eBook電子書、醫(yī)療系統(tǒng)等 |
主頻532MHz,集成了OpenVG 2D矢量圖圖形加速器,對Adobe Flash、PDF文件及GPS地圖顯示加速支持。豐富的控制和多媒體外設(shè)接口,將車身控制和多媒體高效的整合到一個中控平臺上。Can Bus*2、UART(3+2)、USB(With Phy)、FEC、SD/SDIO等,多媒體——MediaLB(外接MOST網(wǎng)絡(luò))、S/PDIF(高清音頻接口)、ESAI可接5.1通道音響 四路TV In(倒車后視及車載DVD等) |
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i.MX37 |
工業(yè)控制、手持MID、移動數(shù)字電視等。(已停產(chǎn)) |
主頻532MHz,L2高速緩存,Jazelle Java加速矢量浮點(diǎn)協(xié)處理器(VFP)。多格式視頻解碼硬件加速,24位顯示支持XGA分辨率,圖像與視頻縮放、倒置與旋轉(zhuǎn)硬件,解塊、去鳴振、alpha混合與色域轉(zhuǎn)換,PAL/NTSC組件、S-視頻輸出。多個獨(dú)立電源定域,動態(tài)電壓與頻率調(diào)節(jié),專有功率門限。 |
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Cortex A8 |
i.MX51 |
平板電腦、顯示系統(tǒng)、工業(yè)控制、多媒體播放器、 |
主頻800MHz,支持VGA,DVI,WVGA等多種顯示方式;支持h.264、Mpeg-4、Mpeg-2等多種720P高清解碼和h.264等多格式D1編碼;支持I2C,SPI,URAT等多種接口. 支持Linux-2.6.31,WinCE6.0,Android 2.2,Ubuntu 9.10操作系統(tǒng) |
i.MX53 |
高清視頻播放、高端游戲機(jī)、車載娛樂系統(tǒng)、MID移動設(shè)備、多媒體智能終端、智能家居、醫(yī)療設(shè)備等。 |
主頻1GHz,集成32K的指令緩存和256K數(shù)據(jù)緩存,集成高清1080p多媒體編解碼單元,雙路CSI攝像頭接口、雙路LVDS接口、VGA接口、雙路CAN、并行RGB888接口,12位8通道ADC,2個I2C接口,DDR3高速內(nèi)存接口等。支持1080p多標(biāo)準(zhǔn)視頻回放。 |
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Cortex A9 |
i.M6X |
交通系統(tǒng)導(dǎo)航和娛樂,高端移動網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和高端PDA應(yīng)用,工業(yè)信息終端及云計(jì)算領(lǐng)域,帶SATA硬盤的高端便攜式多媒體播放器,室外高端廣告設(shè)備或游戲終端,高端圖像采集和處理等 |
主頻1.2GHz,該系列分為單核、雙核與四核三個類型。其中的四核心處理器支持高達(dá)4個ARM Cortex A9核心,每一個核心的速度可以高達(dá)1.2GHz,2GByte的總線頻率1.2GHz的DDRIII。支持高分辨率高速M(fèi)IPI接口,CAN接口,千兆以太網(wǎng)等業(yè)界新標(biāo)準(zhǔn);支持光線傳感器,三軸加速度傳感器,電子羅盤等傳感器接口;支持1080p編解碼;支持Android4.0操作系統(tǒng),是目前工業(yè)行業(yè)最高端最前沿的開發(fā)平臺。 |
德州儀器(TI)OMAP系列ARM處理器
公司簡介
德州儀器(英語:Texas Instruments,簡稱:TI),是世界上最大的模擬電路技術(shù)部件制造商,全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體跨國公司,總部位于美國德克薩斯州的達(dá)拉斯。德州儀器的歷史可以追溯到1930年,以開發(fā)、制造、銷售半導(dǎo)體和計(jì)算機(jī)技術(shù)聞名于世,主要從事創(chuàng)新型數(shù)字信號處理與模擬電路方面的研究、制造和銷售。除半導(dǎo)體業(yè)務(wù)外,還提供包括傳感與控制、教育產(chǎn)品和數(shù)字光源處理解決方案。
ARM系列
TI 所生產(chǎn)ARM 解決方案的數(shù)量超過其他任何制造商,始終穩(wěn)居ARM 型產(chǎn)品頭號供應(yīng)商的地位。TI 整個微控制器(MCU) 和微處理器(MPU) 產(chǎn)品系列擁有近1,000 種極具差異化功能的ARM 器件。TI 其它基于ARM 的解決方案包括應(yīng)用極廣的OMAP移動應(yīng)用處理器、達(dá)芬奇(DaVinci) 數(shù)字媒體處理器,以及Integra DSP+ARM處理器等。
工業(yè)應(yīng)用
2012年底由于智能手機(jī)和平板電腦芯片市場上的失利,TI宣布開始將處理器重心轉(zhuǎn)向工業(yè)、汽車電子等領(lǐng)域,更加專注于具有較長生命周期的嵌入式應(yīng)用上,這無疑對智能工業(yè)嵌入式處理器發(fā)展是一個利好消息。
TI面向工業(yè)、軍用領(lǐng)域主要是Sitara系列嵌入式處理器,見下表。
TI Sitara系列 |
CPU MHz |
L1P |
L1D |
L2 |
RAM |
Memory |
Peripherals |
Max LCD |
GPIO |
|
AM1705 |
ARM9 |
450 |
16 |
16 |
- |
128 K |
SDRAM |
I2C,SPI,UARTUSB, MMC/ SDIO, EMAC |
- |
128 |
AM1707 |
450 |
16 |
16 |
- |
128 K |
SDRAM |
I2C,SPI,UARTUSBMMC/SDIO, EMAC |
1,024 × 1,024 |
128 |
|
AM1802 |
300 |
16 |
16 |
- |
128 K |
SDRAM/LPDDR1/ DDR2 |
I2C,SPI,UARTUSMMC/SDIO |
- |
144 |
|
AM1806 |
450 |
16 |
16 |
- |
128 K |
SDRAM/ LPDDR1/ DDR2 |
I2C,SPI,UARTUSBMMC/SDIO, |
1,024 × 1,024 |
144 |
|
AM1808 |
450 |
16 |
16 |
- |
128 K |
SDRAM/ LPDDR1/ DDR2 |
IC,SPI/UART/ USBMMC/SDIO, EMAC/SATA |
1,024 × 1,024 |
144 |
|
AM1810 |
375 |
16 |
16 |
- |
128 K |
SDRAM/ LPDDR1/ DDR2 |
IC/SPI/UART/ USB/MMC/SDIO, EMAC/SATA |
- |
144 |
|
AM3505 |
Cortex A8 |
600 |
16 |
16 |
256 K |
64 K |
LPDDR1/ DDR2 |
IC,SPI,UART/ USB/MMC/SDIO, EMAC/CAN |
2,048 × 2,048 |
186 |
AM3517 |
600 |
32 |
32 |
256 K |
64 K |
LPDDR1/ DDR2 |
IC/SPI/UART USB/MMC/SDIO, EMAC/CAN |
2,048 × 2,048 |
186 |
|
AM3703 |
1,000 |
32 |
32 |
256 K |
64 K |
LPDDR1 |
I2C/SPI/UART USB/MMC/SDIO |
2,048 × 2,048 |
188 |
|
AM3715 |
1,000 |
32 |
32 |
256 K |
64 K |
LPDDR1 |
I2C/SPI/UART USB/MMC/SDIO |
2,048 × 2,048 |
188 |
|
AM3892 |
1,500 |
32 |
32 |
256 K |
512K |
DDR2/3 |
PCIe/SATA/ EMAC/UART/ USB |
1,920 × 1,080 |
64 |
|
AM3894 |
1,500 |
32 |
32 |
256 K |
512K |
DDR2/3 |
PCIe/SATA/ Gigabit-EMAC/UART/ USB |
1,920 × 1,080 |
64 |
可以預(yù)見,隨著智能工業(yè)化的快速推進(jìn),以ARM智能工業(yè)嵌入式處理器為代表的智能工業(yè)嵌入式系統(tǒng)在不遠(yuǎn)的將來必會得到廣泛應(yīng)用。鑒于現(xiàn)階段優(yōu)秀的ARM智能工業(yè)嵌入式處理器都由國外公司提供,國內(nèi)的研發(fā)公司和機(jī)構(gòu)在選型、采購、溝通、對接、技術(shù)支持和完成項(xiàng)目本地化方面,會遇到方方面面的困難,而有些困難僅靠自身難以解決。為此建議通過國內(nèi)的第三方獨(dú)立設(shè)計(jì)公司(IDH)協(xié)助解決。這些獨(dú)立設(shè)計(jì)公司多集中在北京、上海、深圳等國內(nèi)科技前沿城市。其中一些公司如飛思卡爾系的辰漢電子和TI系的合眾達(dá)等有原廠背景,公司骨干成員曾在相關(guān)外企技術(shù)部門任職,這些公司經(jīng)過多年的經(jīng)營,具備穩(wěn)定的供貨渠道與足夠的技術(shù)儲備,可以協(xié)助國內(nèi)研發(fā)公司與機(jī)構(gòu)解決研發(fā)不同階段中遇到的一些問題,避免多走彎路。在此,預(yù)祝我國智能工業(yè)革命成功!