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作者：Allen Zhan 因為實際進入 embedded world 還是大致在 2004年左右的事兒, 所以我可能對 computer system 與 controller system 的名稱演化歷史缺乏了解. 后者帶來的最大困惑, 莫過于所謂"單片機"稱謂了. 因為我們學習的慣例一般是閱讀母語的基礎教材與基本案例開始, 研習某個開發板, 點亮并閃爍第一個 LED... 啊, 這個過程充滿著神奇與喜悅... 因為我們知道, 從點亮并任意模式閃爍LED開始, 我們就進入了當今信息化革命新浪潮的殿堂, 從手機到引擎, 從醫療手術到彈道制導, 從所謂通用compter 到我們設計的各款 uController... 我們從此進入了一個嶄新的世界. 問題很快接踵而至, 今天的 uController 技術, 具體而言似乎都是在所謂"通用" computer 上的 embedded 的演化. 歷史的觀點來看, 它都起源于50年前的第一顆 Royce 發明的集成電路(我希望沒記錯), 并具體來自80年代初的第一臺個人 computer (我記不住是 8080還是后續系列...畢竟我們那個時候還剛剛結束人斗人與白卷英雄時代), 這份震撼并最終改寫人類歷史的發明沒有落在大陸...這注定我們對電子科技史的疏遠, 而不像類似畢升發明這種親切而又耳熟人詳的回憶... 因為, 先進的 computer/processor/controller 的技術起源西方, 對基礎概念的學習中, 我們很快不得不面臨大量閱讀 E 文資料的過程. 很快問題就來了, 您是否與我一樣, 讀過各種資料或者 datasheet 超過至少幾十份了吧? 您見過單片機的E文對應詞匯沒? 人家問我干嘛的, 多年前我一般開口回答, 我是研習開發"單片機"的, 人家"喔喔....." 現在, 我從來不這么作答, 因為我沒有見過任何與我們的學習或者實踐開發, 有關聯的任何"單片機"詞匯. 為此, 我特別百度了一下"單片機", 似乎一個詞組是 single chip computer... 這是個什么東東, 是挑戰我們的技術新知嗎? 我們生活的電子世界中, 似乎存在著 通用/common computer 與 embedded/ uController 兩大類別. 發展到今天, 我們觀察到 ARM 正在向我們展示, 其實或許不該存在這種區分, 所謂通用的桌上電腦, 也應該術語 uP 或者 uC 大類中的一份子. 將 uProcessor(微處理器) 與 main memory(內存) 的分開, 似乎并不是永遠不變的布局, 也不能說明這就是高性能/高主頻的必然代表. 這可能說明, 從 computer 發展的歷史來看, 為了追求摩爾定律, 為了實現處理能力的急劇升級. 將 uProcessor 獨立為一顆單芯片似乎是唯一的選擇, main memory(一般是 DRAM)或者 IO controller 與之分離的布局, 就是我們所謂的 common computer. ARM 向我們展示了這一點, 因為 ARM 運行模式的緣故, 我們大眾工程師(我指應用級別)似乎第一次, 大量接收到原本應該在 uProcess/uController 設計中, 被類似 Intel/Microchip 標注為 confident 的資料. 閱讀 ARM 的各種文檔, 我們首次知道了 ARM 將主要圍繞指令集實現的 IP, 也就是提供給各個廠家(無論是nxp, freescale, ti 還是華為), 稱為 uProcessor. 更進步的, uProcessor(微處理器)被簡稱為 Processor(處理器). 單獨的 Processor 似乎意指由 ALU, logic controller, instruction encode/execute 與其他 controller(我不理解是什么), 包括為數不多的 core register, 構成的一個 microcell. 現在的事情, 就開始擬合與我們的計算機系統的基礎理念, 不錯, 由 uProcessor(微處理器), 或者說 processor(處理器), 或者說由 arm 授權的這顆 microcell, 加上 memory, 以及各種 pripherals, 就構成完備的 comptering system. 當然的, 我們所謂的這樣的 comptering system 似乎擬合了 computer 概念. 這就潛意識提醒我們: 所謂通用計算機, 是 uprocessor core 與 memory/外圍 分離模式的構成, 我猜測這可能源于制造與技術能力在過去年代的限制. 在追求卓越表現時受限工藝, 而分離 main memory 與 cache. 無論從成本還是體積方面的考慮, 這種通用計算機(這個概念在過去, 又往往等同桌面, 服務器, 以及 comptering/計算), 無法用于工業控制或者說消費品應用(我指側重于便攜應用). 解決的方式很簡單, 就是構建盡可能小而高效的 core, 也就是在 ARM 文檔中說的 uP, processor, 或者 uCell, 將其與 memory 和外圍在 bus 的作用下, 構建在一起. 我這里所謂的構建, 就是 on-chip, 似乎中文世界一般說成"片內". 也同樣就是 embedded. 這個我非常熟悉, 有專業詞匯對應為"嵌入式". 之所以我們作這樣的等同, 也因為受到 ARM 資料的啟發. ARM 資料, 在開篇講述如何實現架構(v4T啦, v6M 啦, v7A啦, R啦)的 uCell 的移植或者實現時, 非常喜歡自我標榜說, 某類某類 uCell(uProcessor) 非常適用于 deeply embedded application. 什么叫作"深深的嵌入"? 我們作為嵌入式工程師, 難道工作的對象還有"淺淺的嵌入"芯片? 或許真的有, 如果從 uProcessor, 與 memory/pripherals 的分離與整合的程度上來看, 我個人感覺, 在E文的 embedded 的詞匯含義下, 它揭示了一顆 on-chip 上整合 component 的多寡與最終IC 實現(RTL)/整合后的形態. 這或者是說, 我們今天的工作對象, 無論是 nxp, ti, microchip, freescale 提供的 mcu(也就是 uController, 微控制器, 其實又和所謂微計算器的區別僅僅是使用范圍略有不同?), 所有這些 mcu/uController 都算是 deeply embedded 的. 因為, 它們往往封裝好了 uCell 與 main memory(可地址訪問的 flash/ram), 以及各種 io, timer, uart, usb 的外圍. 當 arm 在 on-chip 上繼續提供著深深的嵌入時, 我們似乎感覺到, 原來的 common computer 的概念正在淡化中, 一條由 on-chip 的 cache/main memory 的"深深的"嵌入的鴻溝變得沒有那么的清晰. 今天朋友們問我"干嘛的"? 我一般回答"嵌入式". "不是說單片機嗎"? "不, 我主要工作在嵌入式 embedded 系統上. 它主要由片內也就 on-chip 的微處理器(一般由arm提供), 以及memory 構成(一般由可尋址的flash與sram提供). 除此之外還有構建在 bus 上的外圍. 比方說 io 與 uart 控制器之類, 其實memory 也算外圍中的一種, 但是引起特殊性...它特別重要并帶有 cache/buffer 的屬性而被單獨稱謂. 不像 intel 的 cisc(主要是所謂 common processor)那樣, 這種bus 是公開的, 比方說 axi 與 ahb 協議必須遵守... 當然有的外圍太慢, 可以用 arm 提供的 apb bus 協議, apb 就只能通過 bridge 的方式掛在 ahb 和 axi 上. 它們同屬于 amba bus 協議. 不過你知道, uController 必須具有可以 debug 的特性, ... 你知道什么是 debug 吧. 所以往往 uCell 中包含有可選的 debug 邏輯電路, ARM 文檔說, 它們既在 core 中, 又分布在 NVIC 中, 什么意思具體你問我我也不知道, 因為中國大陸的IC制造與設計行業似乎還不發達, 類似的技術屬于與 arm 合作的大公司的研發才知道, 而且說不定他們還各種授權協議. 所以, uController, 也就是 mcu, 或者說嵌入式, 也可以稱微控制器, 將 uProcessor 作為 uCell 而視為一個 component, 配合其他的 component(它們往往是可選的), 比如 wic, 或者atb bus 上的 coresight(用于 debug) 的其他 component, 構成了提供(出)的整體. 因為向外曝露了 axi bus, 或者 ahb bus, 往往也有 single-cycle io bus, 可以掛上各種外圍, io啦, uart啦, usb啦... 唔,,, 你看這顆黑黑的微控制器, 或者說 uController, 或者說 embedded ic, 或者說 mcu, 我剛才講的種種都在里面啦! 不過說來說去, 我們做 mcu 應用工作的, 其實也可以不管這么多,,, 因為我們只要拿到這顆 uController, 按推薦電路, 唔, 一般是所謂開發板, layout 好就可以了. 通過debugger與programmer, 我們在 ide 中用代碼生成的 firmware debug 完成后 program 進去就好了..." "......" "你明白嗎?" "手機就是這樣做的嗎?" "唔...這么說呢,,,也沒錯..." "......" "......" "你不是做單片機的嗎?" "......我k...... !#!$!#%$#%^%&" |
