如果將上世紀70年代末單片機的出現作為嵌入式系統技術發展的起點的話，其發展歷程幾乎與中國社會改革開放同步，已經走過30年的歷程。與Windows操作系統和Intel處理器占壟斷地位的計算機平臺不同的是，嵌入式系統的技術發展呈現出百家爭鳴的態勢，設計工程師可以針對其目標要求選擇多種不同的硬件平臺方案和操作系統軟件。

　　從嵌入式處理器來看，從最初的4位處理器，目前仍在大規模應用的8位單片機，到日益受到廣泛青睞的32位MCU，以及更高性能的64位嵌入式處理器，目前具有嵌入式功能特點的處理器已經逾千種，數十種常用的體系架構。廣闊的市場應用前景吸引了大量的半導體公司參與競爭，其中從ASIC、MCU、DSP到FPGA以及因為結合了MCU和DSP優勢而近年來異軍突起的匯聚式處理器，處理器速度越來越快、性能越來越強，而功耗和價格卻越來越低。隨著半導體技術的發展，嵌入式處理器的性能日新月異，已經廣泛應用到從國防、工業、汽車到醫療設備和消費電子等幾乎所有的行業和領域。

　　匯聚式處理器解決嵌入式設計技術挑戰

　　盡管嵌入式設計經過數十年的發展，在核心處理器硬件平臺、嵌入式操作系統和開發工具上已經有廣泛的選擇，然而隨著市場競爭加劇、系統日益復雜化，目標應用對系統的功能、性能、成本的要求也日趨苛刻。工程師所面臨的設計挑戰似乎并沒有隨著半導體技術的發展降低，甚至日益增高，工程師在進行方案選擇時必須正確評估應用面臨的挑戰。

　　處理能力要求越來越高。系統本身的復雜功能、友好的界面設計要求、各種接口和通信需求都需要占用大量的MIPS處理能力，單一的傳統MCU或ASIC很多時候都難以滿足系統高處理能力的需求，雙芯片甚至三芯片解決方案日益增多，但隨之而來的高設計復雜性、功耗和BOM(材料清單)成本讓方案缺乏競爭性。此外，當前嵌入式系統設計，特別是一些新產品和功能復雜的嵌入式產品設計，要在設計周期很緊的條件下完全從零開始實現設計已經變得不現實，也不具成本效益。因此，是否能提供完善的開發工具套件、必要的軟件模塊、成熟的參考設計、系統設計支持，以及是否有完整的設計生態系統等，對于是否能按期高質量地完成系統設計非常關鍵。事實上，并不是所有平臺方案提供商都能提供這些支持。

　　標準的多樣性和不確定性帶來產品升級換代的顧慮。當前在各個行業都面臨一些創新型應用，例如智能電表和智能視頻監控等，這些應用都具有一定開創性，目前沒有或尚未形成行業統一的標準，如何在保證搶占市場窗口期的先機，同時確保當前的設計滿足未來變化的市場和技術需求，必須考慮方案的可擴展性和性能裕量。

　　低功耗的要求日益苛刻。處理器性能要求越來越高，而系統功耗要求越來越低，這幾乎形成一對矛盾。然而，實際設計過程中，工程師不得不面對這種近乎矛盾的需求。隨著半導體工藝技術、嵌入式處理器架構優化以及設計技術的改進，低功耗設計技術日新月異，電壓、工作頻率自適應調整技術、多工作模式的節能技術、數字電源管理技術，以及低功耗的最新半導體工藝技術應用層出不窮。在眾多方案中選擇滿足設計功率預算要求的系統方案也是系統設計成功的關鍵因素之一。

　　選擇具有廣泛嵌入式系統支持能力的解決方案非常重要。目前可用的嵌入式操作系統眾多，各具優勢，硬件平臺方案對這些操作系統的支持能力是進行方案選型的考慮要點之一。

　　以MCU或ASIC為核心器件的硬件平臺方案在解決上述嵌入式系統設計要求上正面臨挑戰，有限的處理能力通常難以滿足很多應用的高處理能力需求，或者缺乏進行功能擴展和產品升級換代的設計靈活性，某些設計為了滿足系統的處理能力要求而增加DSP或協處理器，從而增加系統的復雜性、功耗和成本。

　　結合MCU和DSP性能優勢的匯聚式處理器有效解決了上述設計挑戰，而Blackfin處理器是目前市面上唯一的匯聚式處理器產品。Blackfin是ADI公司基于由ADI和Intel公司聯合開發的微信號架構(MSA)，它將一個32位RISC型指令集和雙16位乘法累加(MAC)信號處理功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在一起。該架構很適合于全信號處理/分析能力，同時還可在單內核器件或雙內核器件上提供高效RISC MCU控制任務執行能力。這種匯聚架構非常符合當前大多數系統需要進行數據處理、各種算法的實現、通信功能的軟件實現以及對各種系統控制功能的支持。

    Blackfin處理器獲得電子行業廣泛的青睞，具有完整的開發工具和參考設計等支持是其受廣泛歡迎的重要原因之一。ADI提供業界一流的工具、初學套件與支持，包括熟知的、能夠支持其他Blackfin處理器的ADI CROSSCORE®軟件與硬件工具，這些工具包括獲獎的VisualDSP++®集成開發與調試環境(IDDE)、仿真器，以及EZ-KIT Lite®評估版硬件。ADI還提供完整的參考設計，以及由本地合作伙伴開發的評估板、開發工具、算法IP、應用模塊，以及由第三方合作伙伴提供包括軟硬件在內的全套交鑰匙方案。在嵌入式系統的支持上，Blackfin處理器可以支持目前主流的操作系統，包括uCLinux、ThreadX、Nucleus，uCOS-II等十多種嵌入式操作系統，客戶完全可以根據其自身要求選擇其熟悉的或更具成本效益的軟件架構基礎。

　　Blackfin處理器解決了高性能和低功耗的“矛盾”，Blackfin處理器采用了多種節能技術：基于一種選通時鐘內核設計，可按照逐條指令來選擇性地切斷功能單元的電源;支持多種針對所需CPU動作極少期間的斷電模式;Blackfin處理器支持一種自含動態電源管理電路，借助該電路即可對工作頻率和電壓進行獨立控制，以滿足正在執行的算法的性能要求;大多數Blackfin處理器都提供片上內核穩壓電路，并可在低至0.8V的電壓下工作。而Blackfin獨特的匯聚式處理架構、90nm工藝等更是打下了其領先的低功耗處理的基礎。

　　匯聚式處理器典型應用分析

　　如上所述，當前很多嵌入式設備面臨標準和功能上的多樣性要求，企業必須為不同的區域市場或時期設計出差異性的方案，為降低開發成本、縮短產品面市時間，方案的設計靈活性成為重要的選擇要點。此外，系統的數據處理能力要求越來越高，同時還必須具有控制功能，單獨的MCU或DSP解決方案難以滿足系統要求。MCU+DSP或ASIC+DSP的雙芯片方案受成本、功耗等因素制約，難以滿足系統設計需求。結合MCU控制功能和DSP數據處理能力優勢的Blackfin系列匯聚式處理器由于其卓越的性能和完善的支持獲得嵌入式應用的廣泛歡迎，本文將分析在電力、安防、醫療和工業領域的幾個最新應用實例。

　　電力應用——智能電表

　　電力計量技術全球領導企業西門子年初宣布在其推出的最新自動抄表信息系統(AMIS)的智能電表核心引擎利用了Blackfin處理器。西門子AMIS系統覆蓋整個電力系統，包括從電廠到用戶端。作為用戶計量終端的智能電表計量用戶用電量，并對電網進行監測，將數據發送至控制中心。該系統使用電力線進行通信，避免了其他方案所用的無線通信和互聯網通信所增加的成本。采用Blackfin處理器使系統具有極佳的擴展靈活性，對未來的其他可能的標準保持開放(包括對其他通信媒介的支持)，通過簡單的在線軟件下載升級即可實現新的標準。

　　在AMIS設計初期，西門子公司就認識到要實現上述功能特性目標，這些智能電表就需要以較低的單價提供非凡的表內處理能力、動態和電網一體化通信以及真正的可擴展性。西門子公司選擇了Blackfin匯聚處理器，就是因為該處理器具有同時作為DSP和MCU進行無縫工作的能力，Blackfin處理器負責計算用戶用電情況，并執行電力線調制解調器功能，通過電力線集中器進行高效雙向通信，特別適合西門子AMIS的高密度處理和動態通信應用要求。低成本的Blackfin處理器具有處理儀表級原始實時用電數據以及實現儀表和電網之間通信的能力，可提供一站式、低成本、易于配置的解決方案。

    AMIS系統的智能電表采用了ADI公司的Blackfin入門級ADSP BF531，該款器件具有成本低、易于使用、性能強大的特點：在價格上，該匯聚處理器強大的處理能力和豐富的外設可以實現甚至比通用MCU+PLC(電力線載波)通信專用芯片方案更低的BOM成本，并且集成化的解決方案在實現小尺寸、低成本的同時還保證更高的可靠性;400MHz/800MMAC的強大性能保證單芯片即可高性能實現數據處理、通信協議、各種專用算法，并具有極強的擴展性，單套方案即可輕松滿足各種不同應用條件要求，而且可以實現在線升級功能，對于不斷發展的全球電力市場來說，這一點非常重要。低成本、高性能和可擴展的Blackfin技術使AMIS智能電表適合跨地區和針對多個標準的快速部署。目前，西門子智能電表已經在澳大利亞及意大利等國家獲得規模應用。

　　安防應用——視頻監控

　　隨著數字視頻監控技術的不斷成熟和政府對平安城市建設等相關產業的投資拉動，數字視頻監控應用近年來成為快速增長的市場。隨著監控設備的價格門檻越來越低，特別是無線IP視頻的規模化應用，未來監控系統將逐步擴展到各行各業乃至千家萬戶。

　　當前的數字視頻監控應用的要求與傳統的模擬產品有很大的差異性，包括傳輸介質(IP及無線網絡)、高分辨率(D1(704×576)及以上)、多標準，等等。因此對方案的要求更高，包括方案的可擴展性、處理能力高、低功耗等。以Blackfin處理器為代表的匯聚式架構結合了MCU和DSP的性能優勢，很好地滿足了這類應用要求。合肥優視嵌入式技術有限責任公司的BVWVS2007 3G無線視頻監控方案就采用了性能強大的雙內核Blackfin BF561處理器。

　　BF561目前已經成為包括無線IP視頻監控等中高端應用的廣泛選擇。BF561具有兩個高性能DSP內核、靈活的高速緩存架構，以及增強的DMA子系統，適合執行復雜的控制和信號處理任務，同時保持高數據吞吐率。此外，Blackfin處理器的動態電源管理能力顯著降低了整體功耗——這對采用BVWVS2007方案的電池供電產品來說非常重要。BF561處理器使合肥優視的BVWVS2007方案實現了可變分辨率及目標跟蹤等高級特性，同時由于高性能及高集成度，在BOM成本上也極具吸引力。在該方案中，BF561的雙內核分別用于實現運行uClinux嵌入式操作系統、用戶交互控制和視頻編碼算法等，該方案在CIF分辨率下利用H.264編碼實現了兩路視頻壓縮編碼，實現了雙碼流，一路低碼流用于無線視頻傳輸，另一路高碼流則本地存儲到SD卡/NAND/SATA硬盤，充分發揮了該處理器的雙核性能優勢。在無線視頻監控這樣典型的窄帶傳輸應用系統中，Blackfin的H.264 編碼器在30~100kbps的低碼流下所表現出來的優異的圖像壓縮效果，是目前最核心的競爭力。

    醫療設備——便攜式房顫監測儀

　　Lechnologies公司開發了一種便攜式房顫監測儀——AfibAlert。病人可以用拇指按住設備上的電極，或者通過所提供的電線和腕電極進行信號采集分析。這個監測儀使用起來非常簡便，它不需要病人去做復雜的數據分析，當有必要將數據發送給醫生進行分析的時候，會給出紅燈提示。每次檢測完畢后，病人可通過USB接口將AfibAlert與PC連接，將數據上傳到AfibAlert網站的可靠存儲區，然后通知醫師數據已準備好。更簡單一點，還可以通過標準電話線傳輸，只需把監視器接上電話機，按下傳輸按鈕，就可以直接將數據傳給醫生或專門的接收中心。通過USB連接，還可用對AfibAlert的軟件升級，從而使心率數據的分析算法得以更新。

　　AfibAlert能實現這些創造性的功能和性能，是基于Blackfin BF533處理器來實現對LCD控制器、LED輸出、音頻信號生成、閃存以及高品質ADC的控制。同時，它還是信號處理器，它從微控制器的外圍設備接收數據，應用數字濾波器以及數學和統計學分析，提供給患者反饋分析結果。BF533替代了之前同時需要一個獨立DSP和一個微型控制器的方案。Blackfin極低的功耗還意味著患者只需給他們的AfibAlert六個月更換一次AAA電池。Blackfin處理器幫助Lechnologies公司為心臟病患者提供了這款經久耐用、體積小、重量輕，使用方便的監測儀。Blackfin還接收來自于微控制器外設的數據，并使用數字過濾及數學和統計數據分析來向病患提供反饋信息。并且，Blackfin的可擴展性讓Lechnologies能夠輕松地升級AfibAlert用來分析病患心臟數據的軟件算法。

　　工業應用——3DLevelScanner

　　位于以色列特拉維夫的APM公司最近發布了3DLevelScanner產品，為需要進行各種曲面、體積測量的公司在測量精度和設備可用性方面帶來了革命性的提高。通過采用三維水平面測量和映射方法，APM公司的創新型設備不僅能夠以圖形方式表示更精確的水平面測量，而且還在結果中加入了體積測量。為了將這種新的精度和性能水平引入市場，APM公司在早期的開發過程中就選擇了ADI公司的Blackfin BF534作為其設備的核心處理器，這是因為該處理器具備出色的處理性能、最佳的信號處理能力，兼具低功耗和低成本優勢。

    500MHz的BF534是一款經濟型器件，該器件的目標應用為要求嚴苛的實時儀器應用。APM公司已將可編程Blackfin的高速采樣率和高容量存儲器用于真正的實時分析。該處理器的增強型DMA控制器可簡化APM的高復雜性算法的計算以及多通道模數采樣和數模發送。采用Blackfin，該設備將平均功耗控制在1W左右，從而符合重要的工業低功耗標準。其它工業標準，例如Modbus、HART和RS485等，也可采用Blackfin的接口輕松實現。

　　匯聚式處理器是嵌入式技術發展的重要方向

　　幾年以前，在很多應用領域中難覓數字信號處理器的蹤跡，隨著匯聚式處理器為眾多專業人士青睞，它們正廣泛應用于越來越多的復雜系統中。除了數字視頻監控、音頻系統、工業、醫療設備等應用以外，Blackfin處理器已經開始進入中國及全球的鐵路和地鐵市場，很好地契合鐵路、地鐵的信號和機車控制等應用。

　　ADI不斷地根據用戶的需求推出具有各種獨特特性的匯聚式處理器系列產品：在2008年秋季推出的Blackfin BF51x系列處理器注重于減少系統級的成本、功耗、復雜性和上市時間，現已在VoIP、便攜測試設備、嵌入式modem、生物特征識別和電機控制等領域吸引了眾多的客戶;早期產品BF53x系列不僅具有Blackfin處理器的獨特匯聚式架構特點、高處理能力、低功耗等優勢，還真正滿足了低成本應用的需求，目前在一些成本敏感的嵌入式應用中占據較大的市場優勢;BF561具有獨特的雙內核架構以及高達600MHz的工作頻率，滿足了像智能視頻分析應用的高處理能力需求，已經成為該領域的主導產品;BF51x、BF52x系列Blackfin處理器集成了ADI獨特的LockboxTM技術，通過軟硬件方式確保您的知識產權安全性;……

　　Blackfin處理器不僅成為ADI的核心數字處理器產品之一，更對全球在包括安防、工業、醫療等諸多行業的技術發展發揮極其重要的作用。ADI未來將持續通過最新的半導體制造工藝技術、更深的流水線、多內核、每個核心更多的計算單元，以及充分利用信號處理加速引擎，繼續提高Blackfin系列的性能，增強它們在性價比和單位毫瓦性能方面的領先地位。ADI將把市場目標放在汽車、消費、工業市場和廣闊的通用DSP客戶群上。ADI今后將通過Blackfin等核心處理器的開發，尋求并延續自己在低功耗高性能方面的領先地位。

　　在提供本地化支持和第三方合作方面，ADI在上海的研發團隊開發基于Blackfin處理器的Linux內核、驅動程序和代碼庫，并為客戶提供支持。ADI與國內的億旗創新、英蓓特、迪碼等第三方的合作包括開發板和仿真器，讓高質量的本地工具和ADI世界級的工具鏈組成高效易用的開發工具，同時向用戶提供各種應用參考設計，幫助用戶實現成功的設計和縮短產品上市時間。

　　為加強對工程師的技術支持力度，ADI公司最近推出了“EngineerZone”DSP技術支持論壇(ez.analog.com)。該論壇由ADI公司具有豐富工程應用經驗的DSP技術支持工程師負責管理，包含了大量有關嵌入式處理器和DSP的信息。工程師們可以在該論壇查找常見問答和技術問答，為您在設計中遇到的問題迅速找到答案。另外，您還可以在該論壇上與碰到類似設計挑戰的其他DSP開發者建立聯系。