谁能详细说一下"嵌入式及DSP系统"?

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嵌入式系统的发展速度正在加快。有统计称，其应用已超过整个计算机应用的40%，是一个十分庞大的市场。在嵌入式系统领域，多家企业正携其MCU、DSP、ASIC或X86架构CPU平台寻觅商机，抢占市场。

嵌入式系统无处不在

“很多人问我，什么应用领域可以使用嵌入式系统，我告诉他们，我只能说出不使用嵌入式系统的地方。”北京航空航天大学何立民教授在不久前举办的一次嵌入式系统研讨会上说，“可以说，嵌入式系统已经无处不在。”

在PC市场已趋于稳定的今天，嵌入式系统市场的发展速度却正在加快。“由于嵌入式系统所依托的软件和硬件技术得到了快速发展，因此这几年嵌入式系统自身获得了快速发展。”中国软件行业协会嵌入式系统分会副理事长兼秘书长郭淳学介绍说。据有关统计数据表明，嵌入式系统产品的应用已超过整个计算机应用的40%。而根据美国嵌入式系统专业杂志RTC报道，在21世纪初的10年中，全球嵌入式系统市场需求量具有比PC市场大10倍到100倍的商机。有机构估计，全世界嵌入式系统产品潜在的市场将超过1万亿美元。

随着技术的发展，业内对嵌入式系统的定义也越来越清晰。郭淳学认为，那些为具体应用设计制造的专用计算机系统就是嵌入式系统。“它是微处理器、大规模集成电路、软件技术和各种具体的行业应用技术相结合的结果，其中各种软件技术占了嵌入式系统80%的工作量。”郭淳学介绍说，“可以说，嵌入式系统是不可垄断、需要不断创新的技术。”

“嵌入式系统可以分为两类，最早的是‘板’上系统，现在已经发展为‘片’上系统。”郭淳学总结说。其中，“板”上系统指的是采用通用微处理器如单片机，或嵌入式微处理器如ASIC、DSP和FPGA等可配置 *** 作系统的半导体产品在PCB(印制电路板)上“拼装”成的系统，而“片”上系统指的是采用单片机或嵌入式微处理器的IP在集成电路内“拼装”成的系统。

目前，这两种“拼装”的嵌入式产品已经在航空航天、交通、电子、通信、工控、金融、家电等行业得到广泛应用，成为电子信息产业巨大的增长点。

谁将成为“Intel第二”

在PC领域，CPU帮助Intel公司赚得盆满钵溢。在嵌入式系统市场，谁将成为“Intel第二”？

不同于PC以CPU作为核心，在嵌入式系统中，MCU、DSP以及某些ASIC平台一直扮演着核心的角色。

而近来，一些原来用在PC机上的X86架构CPU也转窥这一市场，使嵌入式系统的核心出现了诸侯纷争的局面。

MCU可以说是嵌入式系统的元老。在各种信息家电、网络设备、工业仪器仪表和汽车电子中，都有它的身影。随着各种新应用提出越来越多的高要求，MCU产品已经从4位、8位、16位产品发展到现在的32位产品，其所集成的闪存和ADC也越来越多。MCU的特点是控制能力强，而计算能力有限，所以它一直担当那些对控制能力有所偏重的嵌入式系统的核心。据WSTS预测，2005年全球MCU市场将达125亿美元。飞思卡尔、微芯、瑞萨、ATMEL、东芝及飞利浦是这一市场的佼佼者，这些企业一直在创新，从而扩展MCU的领地。

而以DSP为核心的嵌入式系统市场这几年发展一直很快。“由于它具有小巧、低功耗、高性能等特性，所以非常适合那些运算量大，对外型有个性要求的嵌入式产品。例如，具有指纹识别功能的电子门锁这类应用。”德州仪器北京办事处半导体事业部DSP业务经理郑小龙先生介绍说，“指纹识别需要大量的运算，而电子门锁要求低功耗，对外型的设计也是五花八门，所以DSP是这类嵌入式系统产品的首选。”德州仪器在DSP市场一直很强，这两年一直协助其合作伙伴开发基于DSP产品的各种嵌入式系统产品，以开拓嵌入式市场。而DSP在各种多媒体嵌入式应用如可视电话、机顶盒、便携视频播放器等领域也崭露头角。“用DSP来做多媒体产品最大的优势是它可以进行软件的在线升级，这样，新的流媒体格式出来后，原有的产品可以通过软件升级来适应新的编解码格式需求。”新晔电子(香港)有限公司现场应用工程师张涛介绍说。据WSTS预测，DSP市场今年将达84亿美元，其中发展较快的是嵌入式DSP市场，其市场规模已接近通用DSP的两倍。

除了MCU和DSP，一些ASIC芯片也成为某些专业领域嵌入式平台的核心芯片，例如多媒体处理器就已经成为多媒体嵌入式系统的核心芯片。由于它的内部结构专门针对音频及视频应用设计，是一个音视频处理的ASIC芯片，因此，在多媒体音视频处理方面具有速度快、成本低、功耗低等特点。它最早应用在多媒体手机中，现在已经逐步进入IP机顶盒、PMP(个人媒体播放器)等3C融合产品中。而随着3C与3G市场的发展，多媒体处理器的发展领域也将更加宽广。不过，与DSP相比，它不能进行在线升级，因此要在最初设计时就要顾及未来发展的需求。飞思卡尔、意法半导体、飞利浦及瑞萨等企业基于自己的多媒体处理器产品，都开发出越来越多的多媒体嵌入式应用系统产品。

而另一个让人关注的动向就是这两年开始进军嵌入式系统市场的X86架构CPU。X86架构CPU一直因其功耗大、体积大而被排除到嵌入式系统之外。而近几年来，威盛电子设计并推出了功耗小、集成度高、体积小(最小的只有10mm×10mm)的CPU，完全适用于嵌入式系统市场。与DSP和多媒体处理器相比，X86架构CPU具有高性能(主频可达1.5GHz)，像PC机一样可以处理所有媒体格式，具有开发周期短、软件平台丰富等优势。其中，最重要的一点是其软件可以实现从高端通信产品、消费电子到普通手机等任何平台的兼容。不过，X86架构CPU目前面临的最大问题是刚刚进入这个市场，如何寻找并选择合适的应用领域，并降低相应应用的成本是其今后发展要面临和解决的问题。

是MCU、DSP、ASIC还是X86架构CPU能够最终主导嵌入式市场？有业内专家称，上述平台都有其最适合的应用领域，但在那些发生重叠的市场，就要看谁最终能提供最优性价比的产品了。

随着MP3音频压缩和CD技术的普及，消费者开始希望这些功能和便利也能在包括汽车在内的其他常用设备上实现。因此，制造商开始将数字媒体处理技术引入汽车，使驾驶员和乘客可以数字化地获得娱乐和信息。

半导体技术是将数字媒体引入汽车的核心。随着技术的成熟，制造商已经能够提高数字汽车音频设备的性能和可用性。车载收音机数字信号处理是将数字媒体渗透到车载收音机中的技术。数字信号处理器(DSP)通过在汽车娱乐系统的边带和中频信号中工作，使汽车收音机从单一的音频处理器发展成为复杂的高科技信息和娱乐中心。

为什么是数字信号处理？

车载收音机行业正在从模拟信号处理向数字信号处理发展，因为它可以帮助车载收音机制造商提高收音机性能、音频质量，提供更大的灵活性和更快的设计周期，并加快上市时间，简化生产和稳定运营环境。与20世纪90年代发展起来的最早的汽车DSP相比，如今的汽车DSP可以在单个芯片上提供更高级别的功能。另一个趋势表明了汽车DSP发展的重要性，即在较早的信号转换处理阶段，将无线电信号转换为数字格式。

模数转换在信号处理流程中向前移动，从靠近输出端的基带端到更靠近提供射频信号的天线。复杂的交互式模拟滤波器已经被数字信号处理电路所取代。数字处理的其他优点是可以提高无线电性能和音频质量，通过DSP实现更灵敏的控制和全部音频处理，实现无限线性化性能。使用复杂的数学算法通过相位分集性能改善无线电接收。

数字接收将越来越成为一项重要的功能，未来很可能将射频信号直接数字化。尽管仍将受到发射系统模拟性能的限制，但通过数字域中的模拟信号处理，性能质量将得到显著提高。为了提高在各种环境中的性能，各种数字传输方案正在开发中。数字无线电系统可以优化各种传输模拟信号的接收。通过在数字域中执行信号处理，与今天的模拟接收机相比，它的性能将大大提高。

高清收音机和卫星收音机是两种新兴的数字发射和接收系统。高清广播(也称为带内同频道或IBOC)用于在现有频谱的边带中数字传输地面调幅/调频广播信息，为广播公司提供了一种简单升级的数字传输方法。它也适用于配备中频车载DSP的无线电接收机，因为它可以通过添加高清协处理器轻松升级。卫星无线电信号由供应商在2.3千兆赫的S波段传输。卫星无线电广播公司可以向全球观众广播，而对信号质量几乎没有损害。和高清收音机类似，卫星发射可以满足提供汽车定位信号的要求，让驾驶员可以接收到实时的天气预报和路况信息。

另一个重要的发展趋势是增加硬件模块与软件功能的集成，减少硬件模块的数量。汽车DSP中包含了更多的软件功能。比如飞利浦SAF7730就是一种软件无线电DSP，在一个芯片上集成了5个DSP内核，通过软件实现信号处理。最新的基于中频的汽车DSP完全可以实现中频级的处理，完成模块中软件块的主要任务。这些芯片集成了射频前端、放大器、MP3和CD应用。这种芯片可以以较低的原材料成本提供高性能无线电接收和小尺寸模块。更多的软件组件可以提供更大的灵活性，让车载收音机供应商可以在同一个基础平台上设计不同的组合功能，满足用户的需求。这种平台设计方法不仅提高了产品产量，而且提高了可靠性。这种芯片也将满足未来十年汽车音响系统CD、MP3功能的主流市场需求。

预计未来DSP将进一步加强集成，实现主要的车载音频功能。支持系统和宏控制系统将嵌入音频压缩处理和一个32位单片机。大多数功能可以通过内部系数或不同的只读存储器代码进行修改，而无需改变硬件应用。通过专注于一个平台设计，系统设计人员不再需要努力解决主要由硬件引起的质量问题。尽管由于处理能力的限制，仍然会有硬件限制，但通过ROM代码开发，新的独特功能将很容易实现。

软件DSP

基于软件的数字信号处理器扩展了简单的解决方案，使汽车收音机制造商能够添加新的功能和更显著的功能，与通常基于硬件处理的收音机集成电路的重新设计相比，节省了时间和成本。

例如，汽车无线电制造商现在要求提高多径性能和天线分集。他们还面临着许多新的半导体特性和广播标准。所有这些都可以通过使用基于软件的架构和半导体和音频软件库或中频概念轻松实现。厂商可以通过简单的软件升级，利用新功能来改善收音机的功能，提高产品的特异性，提高收音机的性能。

但是应用软件无线电需要很大的处理能力。例如，飞利浦在其新车CarDSP中嵌入了5个DSP，提供约650 MIPS的能力。新处理器带来了一系列的音频改进，包括音乐改进、自适应低音炮2代、life vibes“pure studio”、SRS“Circle Surround II”等等。利用均衡功能可以实现每辆车的声音优化。单调谐器的改进提高了收音机和天线的性能，包括更好的邻道抑制和增强的多径抑制，而双调谐器提供了最合理的多径降低效果，软件无线电算法可以控制来自两个调谐器的输入信号。

为了支持双调谐器，飞利浦提供基于IF的DSP，如SAF7730，管理相位分集和RDS背景扫描，同时实现数字广播和音频功能。它提供了高度创新的集成水平。它将模拟和数字模块(混合信号)结合在同一个车载DSP中，包括模拟中频输入、数字无线电接收和音频处理、采样率转换器以及数字和模拟音频输出。信号处理完全由软件实现。数字中频车载DSP市场的高度集成化也非常独特。它扩展到具有成本效益的高密度数字中频解决方案，并通过高密度和最先进的COMOS18收缩工艺实现。

软件DSP提供了软件解决方案的所有灵活性。在这方面，飞利浦为用户提供了一套先进的音频和无线电处理软件库，所有这些软件都可以嵌入SAF7730。此外，软件无线电系统提供的灵活性使用户能够整合自己的软件知识产权，获得更多的产品独特性。

飞利浦SAF7730提供自适应低音炮2代、音乐改善、多径抵消和天线分集，带来出色的收音机接收和音质。收音机的软件DSP大大改善了目前传统收音机广播的音质，为收音机制造商提供了空调整收音机设计以适应未来数字收音机的空间。高清收音机的应用可以通过使用IIS输入/输出来实现。事实上，首款性价比高的高清收音机即将开始量产。

为未来做准备。

下一代数字信号处理器支持车载收音机中的压缩音频。它的基本结构是一样的，只是中频输入会减少，SRC、ADC、DAC的集成度会增加。单片机可以最大限度地减少光盘机构的设计和系统控制能力。单片机内嵌32位ARM7TDMI处理器，其中包含各种外设实现系统功能，如电台和音频信号处理以及压缩音频解码等。，这样更容易完成软硬件设计和应用开发。嵌入式闪存可以通过修改代码进行升级。ARM微控制器将实现对CarDSP的宏控制。但在目前的市场条件下，CarDSP仍然只用于高端车型，主流车载收音机需要支持模拟解决方案，而这款DSP将针对主流车载收音机。

鉴于发射系统处理模拟信号的能力在性能上仍然有限，未来随着IC的小型化和CarDSP性能的提高，可能很快就能看到射频信号从无线电波直接数字化。这将使最终的模拟无线电信号在数字领域得到完全处理。DSP将继续为车载收音机提供扩展的收听范围，让用户可以在更宽的频段接收更多的电台，而无需不断调整收音机以获得更好的接收效果。DSP将使传统的模拟调幅、调频广播更清晰，音质更好，干扰更低。

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