在科技飛速發(fā)展的今天，我們周?chē)磺卸及l(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(chǎng)有著“第三次工業(yè)革命”之稱(chēng)的深刻變革。這場(chǎng)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(lèi)終端、基于泛在技術(shù)的計(jì)算模式、移動(dòng)通信等不斷融入到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)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(lái)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(shì)代表，受到越來(lái)越多的關(guān)注。由于ARM公司通過(guò)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(lèi)型繁多，應(yīng)用方向各有側(cè)重，增加了國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)者進(jìn)行芯片選型的難度。
在消費(fèi)類(lèi)電子中主要有蘋(píng)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(zhǎng)芯片生命周期。接下來(lái)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(jiǎn)介
飛思卡爾（Freescale™ Semiconductor），是美國(guó)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(chǎng)的芯片，同時(shí)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(gè)將MRAM商業(yè)化的廠商。
ARM系列
飛思卡爾自ARM7開(kāi)始即與ARM公司開(kāi)展合作，經(jīng)過(guò)不斷的換代升級(jí)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(kāi)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(chē)電子等行業(yè)。
工業(yè)應(yīng)用
優(yōu)勢(shì)：芯片生命周期長(zhǎng)、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(chē)系統(tǒng)等提供的工業(yè)級(jí)至汽車(chē)級(jí)的產(chǎn)品。值得一提的是飛思卡爾在汽車(chē)電子領(lǐng)域占據(jù)了70%的行業(yè)份額，被稱(chēng)為汽車(chē)電子中的“英特爾公司”?；谄?chē)行業(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(shì)：1、芯片成本較高，開(kāi)發(fā)難度較大。
2、原廠推薦周邊芯片均為歐美芯片，采購(gòu)難度大。一般需要通過(guò)國(guó)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(duì)一線客戶即國(guó)際化大公司如微軟、博世等，國(guó)內(nèi)公司很難從原廠獲得必要的支持，也需要通過(guò)第三方公司協(xié)助。
飛思卡爾i.MX系列嵌入式處理器，見(jiàn)下表。
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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(dòng)便攜設(shè)備。 |
主頻266MHZ，支持實(shí)時(shí)MPEG4和H.263編解碼，每秒傳輸30幀CIF或QVGA圖像；馬賽克平滑過(guò)濾(de-block)、de-ring等。 |
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i.MX23 |
電子書(shū)、便攜媒體播放器（PMP）和簡(jiǎn)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(hào)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(wú)線連接標(biāo)準(zhǔn)。 |
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i.MX25 |
車(chē)內(nèi)信息娛樂(lè)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(gè)CAN接口等。 |
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i.MX27 |
樓宇對(duì)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(gè)I2C接口，6個(gè)串口，2以個(gè)以太網(wǎng)接口，2個(gè)CAN接口，4個(gè)SD/MMC接口。4個(gè)定時(shí)器，6個(gè)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(chē)，醫(yī)療和一般嵌入式設(shè)備。全球第一款經(jīng)過(guò)認(rèn)證的汽車(chē)級(jí)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(yǔ)音識(shí)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。 |
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i.MX35 |
汽車(chē)電子、工業(yè)控制、工廠自動(dòng)化、建筑控制、智能家居、GPS、PND以及eBook電子書(shū)、醫(yī)療系統(tǒng)等 |
主頻532MHz，集成了OpenVG 2D矢量圖圖形加速器，對(duì)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(chē)身控制和多媒體高效的整合到一個(gè)中控平臺(tái)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(chē)后視及車(chē)載DVD等） |
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i.MX37 |
工業(yè)控制、手持MID、移動(dòng)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(gè)獨(dú)立電源定域,動(dòng)態(tài)電壓與頻率調(diào)節(jié),專(zhuān)有功率門(mén)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) |
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i.MX53 |
高清視頻播放、高端游戲機(jī)、車(chē)載娛樂(lè)系統(tǒng)、MID移動(dòng)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(gè)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(lè)，高端移動(dòng)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(pán)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(gè)類(lèi)型。其中的四核心處理器支持高達(dá)4個(gè)ARM Cortex A9核心，每一個(gè)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(pán)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(kāi)發(fā)平臺(tái)。 |
德州儀器（TI）OMAP系列ARM處理器
公司簡(jiǎn)介
德州儀器（英語(yǔ)：Texas Instruments，簡(jiǎn)稱(chēng)：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(guó)公司，總部位于美國(guó)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(kāi)發(fā)、制造、銷(xiāo)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(hào)處理與模擬電路方面的研究、制造和銷(xiāo)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(guò)其他任何制造商，始終穩(wěn)居ARM 型產(chǎn)品頭號(hào)供應(yīng)商的地位。TI 整個(gè)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(dòng)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(chǎng)上的失利，TI宣布開(kāi)始將處理器重心轉(zhuǎn)向工業(yè)、汽車(chē)電子等領(lǐng)域，更加專(zhuān)注于具有較長(zhǎng)生命周期的嵌入式應(yīng)用上，這無(wú)疑對(duì)智能工業(yè)嵌入式處理器發(fā)展是一個(gè)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(jiàn)下表。
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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(jiàn)，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(lái)必會(huì)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(guó)外公司提供，國(guó)內(nèi)的研發(fā)公司和機(jī)構(gòu)在選型、采購(gòu)、溝通、對(duì)接、技術(shù)支持和完成項(xiàng)目本地化方面，會(huì)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(guò)國(guó)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(guó)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(mén)任職，這些公司經(jīng)過(guò)多年的經(jīng)營(yíng)，具備穩(wěn)定的供貨渠道與足夠的技術(shù)儲(chǔ)備，可以協(xié)助國(guó)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(wèn)題，避免多走彎路。在此，預(yù)祝我國(guó)智能工業(yè)革命成功！