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    嵌入式自動化規(guī)格快速演進
    廠商推陳出新
    [作者 王明德]   2014年08月08日 星期五 瀏覽人次: [7671]

    在IT技術(shù)的精進下,嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用快速拓展,除了應(yīng)用數(shù)量最大的消費性電子產(chǎn)品外,生活周遭的各種IT系統(tǒng),如ATM、POS等,都導(dǎo)入大量嵌入式技術(shù),改變了嵌入式系統(tǒng)過去在自動領(lǐng)域,被侷限於單純訊號控制與自動控制應(yīng)用,進而開發(fā)出更多附加價值。


    圖一
    圖一

    根據(jù)應(yīng)用類型的不同,嵌入式系統(tǒng)可以結(jié)合包含電腦技術(shù)、通訊技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、微機電技術(shù)、語音圖像資料傳輸技術(shù),甚至各種物理狀態(tài)感應(yīng)器等先進技術(shù)和具體應(yīng)用,形成可以在各種領(lǐng)域發(fā)揮所長的產(chǎn)品。延伸到目前的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用來看,此類產(chǎn)品往往具備了技術(shù)密集、投資額度高且高度分散、不斷創(chuàng)新的知識密集型架構(gòu)。簡單來說,嵌入式系統(tǒng)和一般的PC 平臺上的應(yīng)用系統(tǒng)不同,其應(yīng)用主要是針對不同的產(chǎn)品類型而設(shè)計,根據(jù)不同的應(yīng)用,在嵌入式系統(tǒng)之間差別也相當(dāng)大。


    工控系統(tǒng)的效能考量


    過去嵌入式自動化系統(tǒng)的單一功能、簡化、尺寸小特色下,只要能夠完全符合該需求,其他多餘的功能或組件都可以不需要,進而選用低階CPU與其他組件,以增加其簡化的目的以及散熱與低耗電需求,這些需求都因嵌入式自動化系統(tǒng)的種類日漸多元而有所改變。


    過去效能對大部分的嵌入式系統(tǒng)來說,其實並沒有太大的意義,當(dāng)特定應(yīng)用只要在某個時段完成工作即可時,過剩的效能對於產(chǎn)能並沒有太大的幫助,反之還會增加功耗。這要從幾個面向來講,首先,從工控應(yīng)用來講,嵌入式處理器主要是將操作者的指令轉(zhuǎn)換成設(shè)備所能理解的訊號,藉此讓設(shè)備可以完成特定的動作,就從這點來看,就要從人類思考的方式來考量,由於主要的工控設(shè)備都還是要委由人類來下達各種操作指令。


    人腦雖然可以同時思考許多複雜的事情,但是其對於重複性的單調(diào)資料處理非常不在行,電腦,或者是嵌入式系統(tǒng)的處理器可以為我們代勞這些單調(diào)的資料轉(zhuǎn)換以及輸出入動作,但由於人類受到各種物理客觀條件限制,不可能在同一時間內(nèi)進行太多的操作,也就是這些先天上的輸出入(I/O)能力限制,嵌入式處理器總是好整以暇的等待人類輸入指令,這時,講求效能就失去了意義。


    但是換個角度來講,如果這個工控設(shè)備必須對特定的物理現(xiàn)象進行量測取樣以及數(shù)位類比轉(zhuǎn)換,並且計算結(jié)果提供下一階段的設(shè)備加工之用,這時效能就有可能會影響到演算法的採用,進而影響到量測的精細度,以及後續(xù)產(chǎn)品生產(chǎn)的結(jié)果,這種現(xiàn)象在高科技產(chǎn)業(yè)中比較常見,不過也僅止於機器對機器,或者是機器要將龐大資訊即時回應(yīng)給操作者,如果作為單純的介面操作之用,依然是不需要太高的效能。


    而就一般的進出貨倉儲管理、條碼機等應(yīng)用,這方面就要牽扯到機器與產(chǎn)品規(guī)模的大小,但一般而言,依然不需要太強大的處理效能,舉例來說,進貨出貨的RFID、條碼掃瞄,與中控系統(tǒng)的連結(jié),計算存貨數(shù)量與出貨數(shù)量,這些資料的處理即便是採用較慢的處理器,仍舊可以在瞬間完成,真正影響整體效能的,反而是貨品的搬運流程。就算整個進貨、出貨都採用機器處理,完全不用人工接手,但除非瞬間移動的系統(tǒng)被發(fā)明出來,否則這類應(yīng)用的瓶頸,依舊不會出在效能身上。


    以不同系統(tǒng)因應(yīng)不同領(lǐng)域


    不過嵌入式技術(shù)如果在應(yīng)用在其他領(lǐng)域,其規(guī)格與效能就必須提升,面對主流市場的發(fā)展,工業(yè)電腦也不斷跟進,以CPU為例,從過去的Pentium系列、到現(xiàn)在的多核心,都讓嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品效能選擇越來越齊全,關(guān)鍵零組件如Intel與AMD也快速開發(fā)出更多產(chǎn)品,以因應(yīng)市場。


    不過由於嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用多半是需要長時間在特殊或艱困的環(huán)境下運作,無法進行常態(tài)性的維修或零件更換度動作,因此低功耗設(shè)計,可以協(xié)助嵌入式系統(tǒng)有效降低產(chǎn)品整體在散熱方面的問題,進一步讓嵌入式廠商開發(fā)出在嚴(yán)苛環(huán)境下使用的無風(fēng)扇系統(tǒng)產(chǎn)品。此外,寬溫應(yīng)用的特性,也能讓更多嵌入式應(yīng)用產(chǎn)品,設(shè)置在嚴(yán)寒、酷熱以及溫差極大的環(huán)境下運作,因此嵌入式產(chǎn)品主要瞄準(zhǔn)需要低功耗、無風(fēng)扇設(shè)計的嵌入式應(yīng)用,如工業(yè)電腦、收銀機、資訊亭與大眾運輸售票亭、醫(yī)療監(jiān)控、安全應(yīng)用、汽車與運輸系統(tǒng),以及工業(yè)控制與監(jiān)視..等不同領(lǐng)域。


    對產(chǎn)業(yè)電腦廠商而言,這些供貨商在嵌入式領(lǐng)域中的投入及重視,除了表示在產(chǎn)品技術(shù)上將更貼近應(yīng)用實際需求外,對於產(chǎn)業(yè)電腦或嵌入式產(chǎn)業(yè)原本3至5年,或是更長的供貨期而言,也等於是提出了更明確的供貨保證。


    至於在功耗方面,也必須從應(yīng)用為出發(fā)點,一般來說,具備固定電源的嵌入式產(chǎn)品對功耗的要求較為寬鬆,不過雖然擁有固定電源,並不代表此類產(chǎn)品對功耗要求就不高,目前環(huán)保意識抬頭,公司行號不論是工作電腦、機房或者是其它電器,都已經(jīng)在功耗表現(xiàn)上逐漸被要求,當(dāng)然,為了保護地球環(huán)境這點是講得太遠了,最顯而易見的好處,就是可以從節(jié)省來的功耗省下大筆電費支出。


    在功耗方面的控制,Intel可以說是近年來所有處理器產(chǎn)業(yè)界進步最大的,利用先進製程,僅付出些微的效能折損,就可達到幾乎與ARM平臺平起平坐的功耗表現(xiàn),著實令人驚豔。Intel過去在功耗以及效能比方面,一直是競爭對手攻擊的對象,但是自從Core微架構(gòu)面世以來,在效能與功耗方面屢有突破,也藉此壓倒了競爭對手。過去Intel在嵌入式市場多以退流行的舊款處理器充數(shù),這些處理器在市場上經(jīng)過長久驗證,在穩(wěn)定性方面已經(jīng)無庸置疑,但也代表Intel過去並沒有將嵌入式市場作為主打戰(zhàn)場。


    而無論各家廠商的市場策略為何,其講求的是軟硬體整合抑或是產(chǎn)品線的齊全,在這麼競爭激烈的市場中,相信獲利的絕對是使用者,市場與規(guī)格發(fā)展得更成熟,所能選擇的也就更多,就目前看來,競爭還會持續(xù)下去,未來的發(fā)展,值得讓人期待。


    就傳統(tǒng)的應(yīng)用而言,嵌入式系統(tǒng)功能較為單一、簡單,且在相容性方面要求不高,但是在大小,成本方面限制較多,不過由於半導(dǎo)體技術(shù)的進步,加上軟硬體功能逐漸整合的趨勢,單一功能訴求的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)越來越少。取而代之的,是具備多應(yīng)用潛力的系統(tǒng),只要搭配不同軟體,便可以進行各種不同的任務(wù),以目前普遍的工控電腦為例,針對此類應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)就已經(jīng)與傳統(tǒng)概念大異其趣,反之,應(yīng)該算是通用型架構(gòu)之下的不同應(yīng)用類型而已。


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