当前位置:首页 > 嵌入式芯片
  • 中国发展嵌入式芯片的思考

         自1958年德州仪器(TI)和飞兆公司(Fairchild)分别以光蚀刻技术于硅基底做出集成电路以来,不断发展的半导体技术推动人类社会迈入了信息时代。微处理器被广泛应用于各个领域,深刻地改变了人们的生活方式。       CPU由通用CPU(包括PC类CPU和高端服务器CPU),和嵌入式/专用CPU组成。PC类CPU是应用于PC领域的x86架构CPU及其x86架构兼容的CPU。我们称这一类PC/服务器CPU为通用CPU。另一大类CPU是嵌入式/专用CPU。 它们广泛应用于各种信息设备,如信息家电、手机、PDA、平板电脑等产品中的CPU。这些信息设备并不要求CPU有很强的处理功能或很高的时钟速度,但却特别强调CPU的低功耗、低电压、低散热、小面积和低价格特性。       近年来在我国,发展有自主知识产权的CPU已成为了人们关注的焦点。CPU在各行各业有着广大的发展空间。选择CPU全方位的自我发展路线存在着很高的进入壁垒, 现在盲目地从零做起或从很低级做起来进入我个人认为在现在阶段是不合时宜的。开发通用CPU技术基础的障碍和困难       在IC设计人才、设计经验/环境上,我国还远远落后于世界先进水平。而CPU是属于IC设计的最高端产品, 设计出如此高性能高端的CPU仍需要相当的各类资源(设计人才和设计经验首当)和相当长的时间。大家公认,中国的CPU方面的技术与国外的差距有一二十年。而在同时, 我们在许多低端IC产品上还大量依赖进口。 在最缺乏的IC设计人才资源上, 我国现在只有数千人。 而在国外,单Intel公司就有数千名很有经验的高级IC设计工程师。显而易见, 我们现在设计人才和设计经验还不具备与世界CPU顶尖企业挑战的能力。 我们应当利用这个有限的瓶颈资源去大力发展中低端IC产品以获取最大的回报, 并以此建立IC产业基础, 为今后的发展打下良好的基础。 提供全方位的支持来大办IC设计人才的教育和培训是保持高速发展的最重要的一环。         在IC制作工艺水平上, 如今的各类CPU已发展到了0.13微米制程, 12寸晶圆, 集成度超过4500万颗晶体管。我国现在还处于0.25~ 0.35微米制程,6~8寸晶圆水平上。 由于外国的出口限制等, 我国还仍相当困难获得像高速高精度光刻机等高端设备。在3~5年内, 我们还无法达到IC制作工艺水平的世界先进水平。 这也决定了,就是我们设计出了有我们自主知识产权并且达到世界先进水平的CPU, 我们也无法制作出达到世界先进水平的CPU。同时,Intel的芯片生产能力和革新速度也是全球所有IC生产厂商们所难以媲美的。        在对应的操作系统(OS)上, 开发自主CPU并非是单一的CPU IC开发。 主流的OS必须支持和跟进,其OS核心必须开放。 遗憾的是, 我国目前尚不存在这样的主流OS商,也不可能指望Microsoft来支持和跟进。 这样, 我们需要捆绑在似乎是唯一的LINUX选择上。但 LINUX 近年来并没有如初期想象的那样夺取更大的OS市场份额。[!--empirenews.page--]       在高端服务器CPU上,Intel Itanium使用开放的体系,比起基于RISC服务器来,从操作系统到应用软件都更能得到丰富的支持,且扩充性、操作性也相对更好,对一般企业来说更具实用性。服务器的大厂商HP/Compaq、IBM都纷纷跳上了Itanium快车,然后专注于自己的核心技术领域诸如核心的软硬件系统架构与解决方案。在高端服务器CPU领域,将可能再次体现“一两家独大”的游戏规则。 在这个众多大厂商都无力招架、纷纷退出的时候,高端服务器CPU就更不是我们需要发展的了。开发CPU知识产权的障碍和困难       我个人认为, 知识产权障碍和困难是一个更严重的问题。世界上有许多著名大公司诸如IBM, MOTOROLA, HP等都有能力设计一流的x86架构CPU及其x86架构兼容的CPU(IBM, MOTOROLA本身已有它们自己的一流的非x86架构CPU)。有这么大的全球市场, 有技术设计能力, 有CPU研发经验, 又有庞大的全球的营销网络, 为什么它们不去发展x86架构CPU? 显然,这不是技术能力问题。 是知识产权障碍和困难及市场垄断问题。          Intel等老牌CPU厂家, 由于早期的市场进入和主导, 申请和获得了不少专利。 正如倪光南院士在“NC和自主知识产权CPU”—文中所说, “想绕过Intel的专利是非常难的”。 开发CPU市场垄断的障碍和困难         Intel和AMD已形成对x86架构CPU市场垄断。 高新科技产品在市场上严格奉行着“先入为主”、“一两家独大”的游戏规则。争夺市场必须抢占先机,并且在经过激烈地竞争后,最终将仅有最大一两家公司分享整个市场的绝大部分。如微软的DOS操作系统就是通过在早期捆绑IBM计算机出售,而迅速占领了市场,建立了不可撼动的地位。而在PC类CPU领域中,Intel和AMD就分享了几乎所有的市场,就连通过两次购并在1999年进入CPU市场,在业界排行第三的威盛,也仅能分到小于2%的全球市场份额。品牌的认知度和用户的可接受性是对任何一个新产品的挑战。         打破CPU垄断的难度有多大可从LINUX与微软操作系统看出。 LINUX有全球的支持。全球开发LINUX没有 像在中国开发通用CPU的技术基础障碍和困难。全球开发LINUX没有像开发CPU的知识产权障碍和困难。 但是在10余年之后, 在许多雄厚的商界的支持下, 甚至政府部门的行政干预下, LINUX仍然有待脱颖而出。 可见打破垄断之艰难。发展自己的嵌入式CPU是可行之路        信息时代中,人们需要无处不在的连接和无处不能的资讯获取能力,对于信息设备的需求远远超过了对PC的需求。我国目前PC年增长率只有30%左右,而网民的年增长率却达到了200%左右。网络第一次给予了大多数人能够在同一时间获得同样的信息的可能,消弭了人们在信息获取上速度的不平等。为进一步提高信息化程度,跨越随之而来的“数字鸿沟”,市场迫切需求多方位、低廉的信息设备。现在手机、PDA、机顶盒, NC(网络计算机)等产品有着广阔的市场,作为这些信息设备核心的嵌入式CPU在如今显得举足重要。        嵌入式CPU领域的现状与其它领域的“独大”局面不同,相对来说它呈现的是一个百家争鸣的景象。因为信息设备的种类繁多,且每类中的产品也是层出不穷,市场现在仍处于迅速扩张的初期阶段,无法象PC和服务器领域一样形成大公司垄断的局面。现阶段嵌入式CPU的软件也没有被少数公司所垄断。操作系统方面,我们可以选择内核开放的Linux。在这个仍处于混战状态的嵌入式CPU领域中,历史第一次给予了我们发展建立自己的标准、建立核心优势、实现跳跃式发展的极好机遇。在IT业中,没有什么比“标准”和“芯片”这两个词更有含金量的了。如PC领域中,Intel和微软就掌握了整个产业链80%的利润。在信息设备领域中,我们拥有世界上最有潜力的消费群市场。如在2001年,我国已超过了美国、成长为全球最大的手机市场。我们还有庞大的IT生产基地。我们完全可以结合自己的市场优势,发展有自主知识产权的嵌入式CPU,并利用在国内的渠道优势,用市场推动标准的建立,跳跃性地进入到这个高回报率的领域中来。[!--empirenews.page--]        一般来说,发展高科技产品可以走自主开发或合作开发两条路线。一切从零开始的自主开发,普遍认为是不太现实的,市场也不会等待,并且有悖于“创新”和“速度”高科技产品占领市场不二的法宝,要希望在嵌入式CPU这样的新兴领域中建立自己的标准,就必须选择一条快速发展的道路。另一条路线就是选择一个在技术上已处于优势的合作伙伴共同开发,这样可以利用现成的技术,快速地提升自己的技术水平和尽早地研制出自己的产品,这不失为一条适合我国发展自主知识产权CPU的道路。        选择合适的合作伙伴是成功的关键。在嵌入式CPU领域中,掌握嵌入式CPU核心技术的公司有Transmeta、威盛(VIA)、ARM和MIPS等。其中ARM、MIPS的CPU采用全新的架构,与这类的公司合作,意味着软件系统也将受其专利技术的限制。而威盛、Transmeta的CPU采用的是x86或兼容的架构,可以很方便地利用现成流行的操作系统和应用软件,在技术少了一道发展的屏障。         从市场的发展趋势看,现在应是改变一味强调CPU不断升级的时候了,各种BENCHMARK也指出, 瓶颈问题不再是CPU的绝对时钟速度, 而是内外部连接。提高一倍的时钟速度可能才提高10%左右的总的执行效能。威盛提出的“Total Connectivity”是对这个问题的全面解决方案 。信息时代强调的是全方位的连接和应用,如何设计CPU使其能更好地应用于各种信息设备中,这才是CPU发展的方向。顺应信息时代市场需要大量小巧、轻便的信息设备的趋势,威盛、Transmeta的设计路线则是致力于打破以往的“越来越复杂”电路设计的概念,秉持着一个“小巧、简单”的原则,整个CPU的设计也走向环保、低耗电与效能/晶体管的平衡性去努力。在同样时效的产品中,因晶体管数少,所以芯片面积小,耗电量、表面散热量也小。        发展自主知识产权的CPU还应考虑到本国制造业的发展现状,现在我国仍无0.18微米制程的芯片生产线,而嵌入式CPU的精简化设计,使其可以在较低的制程上制造出符合市场的小面积

    时间:2009-08-27 关键词: 发展 新鲜事 嵌入式芯片

  • AMD发布G系列X嵌入式芯片 同时拥有2种架构

    AMD提供嵌入式处理器特别针对专业应用并不稀奇,像是博彩、娱乐系统等等,不过这次最新发布的G系列嵌入式处理器却展示了一些意想不到的东西。芯片上不仅采用 4颗Jaguar核心,而且还有Radeon 8000 GPU和I/O模块。比较关键的问题在于右下角的“X”logo图样,这表示这是来自AMD的x86架构芯片,可关键问题是AMD本来就一直生产x86芯 片,何以特别标注一个X呢? AMD的Arun Iyengar表示,这是为AMD的ARM架构嵌入式系列处理器做好准备,此后标注X标志的x86芯片为9W至25W的功耗产品,而未来标注A字样的版本则在功耗上低于3W。“我们的产品系列上即将同时拥有x86和ARM架构的处理器产品”。 这对AMD而言实在是个很惊人的消息,先前AMD实际在低功耗处理器领域并没有什么作为,也并未推出过低于4.5W的Temash芯片的处理器产品。先前虽然确实有关于AMD在数据中心以及安全模块的应用处理器领域存在二心的传言,这次G系列的A芯片乃是ARM-Radeon联合首次推出的应用处理器。实际AMD在2008年时已将自家的移动GPU设计卖给了高通(现在的Adreno显示芯片),现在的这一举动则似乎有了新的转机。 未来这对用户而言也是个相当重要的事件,可以想见未来购买一款运行Android或者支持ARM架构系统的平板设备,采用猎户座或是骁龙的处理器,极有可能AMD提供的显示芯片及并行处理会占据一席之地。不过AMD尚未准备发布任何消费级产品,但X的LOGO已经在说明AMD意图的转变。

    时间:2013-04-24 关键词: 发布 AMD 嵌入式芯片 g系列

  • 英特尔为未来MR头盔设想 开发置入嵌入式芯片

    英特尔为未来MR头盔设想 开发置入嵌入式芯片

    英特尔相信无线头盔未来会成为新形式的PC,它可能会为头盔开发专用芯片。   上个月,英特尔展示了Project Alloy头盔,披露了VR/AR计划。Project Alloy是一款类似微软HoloLens的头盔,可以将真实世界与虚拟世界混合。PC制造商可以复制Project Alloy头盔,英特尔从中发现一个市场机会:为MR(混合现实)头盔提供芯片。 Project Alloy是一款原型头盔,它运行的是微软Windows Holographic平台,未来,该平台还会支持其它的VR和AR产品。明年年初,Alloy就会向外界开放设计和规格。PC制造商如果有兴趣,可以根据Alloy设计制造头盔。 英特尔系统架构集团、物联网业务和客户部总裁伦杜琴塔拉(Venkata Renduchintala)表示,正如过去在PC市场做的一样,英特尔试图为设备制造商提供指导,告诉它们如何设计头盔、整合硬件、解决摄像头问题,还可能会提供生产、产品化方面的创意。 伦杜琴塔拉还说,混合现实会形成新类型的VR/AR产品,在PC平台上可能会有定制芯片出现,它可以增强使用体验。 Project Alloy头盔安装的是Skylake笔记本芯片,到目前为止,英特尔并没有推出头盔专用芯片。最近英特尔推出了7代Core PC芯片,代号为Kaby Lake,但在该产品线中没有芯片是专门用于一体头盔的。 过去,英特尔为笔记本、超级本、智能手机、2合1设备提供参考设计,但是Project Alloy的设计是开源的。以前英特尔为超级本、手机设定了严格的规范,例如,对产品的厚度和屏幕的尺寸进行要求,PC制造商必须遵守这些规范。 伦杜琴塔拉预测,未来设备制造商会用参考设计开发不同形状、不同尺寸的VR头盔。 VR 市场正在迅速发展,Oculus Rift、HTC Vive功不可没,这些头盔需要连接到PC,需要高端GPU的支持。在HoloLens的刺激之下,一些企业开发了无线PC式VR、AR头盔,但是制造商需要解决无线连接和续航问题。移动VR也在迅速扩张,三星Gear VR就是代表之作。 市场咨询公司认为头盔出货会继续增长,英特尔开发VR专用芯片是有意义的。在英特尔看来,PC式MR体验比移动VR体验更重要。伦杜琴塔拉说,Alloy提供了强大的混合现实体验,这个市场是英特尔想争取的。 伦杜琴塔拉还表示:“我们所展示的东西表达了我们对VR的态度,我们要推动它进化,现在的VR只是将智能手机装到类似面具的产品内,安装的程序99%都是Android APP,未来不是这样的,它会变成15至20瓦的嵌入式PC,运算速度达到2-3万亿次。”

    时间:2016-09-25 关键词: 英特尔 技术前沿 嵌入式芯片 mr头盔

  • 首颗国内自研工规级40nm eMMC主控芯片小批量生产

    首颗国内自研工规级40nm eMMC主控芯片小批量生产

    近日,江苏华存电子科技有限公司(以下简称“江苏华存”)的40纳米工业级嵌入式存储主控芯片已开始小批量生产。 据江海明珠网报道。,目前江苏华存的研发及测试生产线已搭建完成,其HC5001芯片已于½续开始下线,目前产品已开始小批量生产,并打入十多家厂商。 HC5001存储主控芯片于2018年11月21日在ICTECH 2018中国存储芯片自主研发技术交流峰会上正式发布。江苏华存董事长李庭育表示,HC5001是国内自研第一颗工规级别40nm eMMC主控芯片。 据悉,该芯片兼具高兼容性和高稳定度,支持第5.1版内嵌式存储器标准(eMMC5.1)、支持立体结构闪存材料(3D Flash)三比特单元(TLC)、支持随机读出写入闪存高稳定度效能算法(FTL)、支持最新第三代闪存接口(ONFI3.2)、支持高可靠度低密度奇偶校验码纠错验算法(LDPC),以及40nm工艺制程满足了高效能低功耗的嵌入式存储eMMC装置硬盘。 江苏华存于2017年9月成立于南通高新区,是一家专注于存储芯片设计和存储解决方案研发生产的公司,并致力于高阶存储产品主控芯片的设计与制造。

    时间:2019-01-23 关键词: 芯片 新品发布 存储芯片 嵌入式芯片

  • 合肥长鑫年底量产首款内存芯片,19纳米工艺8GB LPDDR4

    合肥长鑫年底量产首款内存芯片,19纳米工艺8GB LPDDR4

    存储芯片被誉为工业的粮食,存储芯片是嵌入式系统芯片的概念在存储行业的具体应用,无论是系统芯片还是存储芯片,都是通过在单一芯片中嵌入软件,实现多功能和高性能,以及对多种协议、多种硬件和不同应用的支持。 中国ÿ年进口的集成电·超过3000亿美元,其中存储芯片占了大约1/3的份额,但DRAM内存及NAND闪存目前尚无国产厂商染指,国产率基本为0,其中高价值的内存几乎¢断在三星、SK Hynix及美光三家公司中。 Digitimes报道称,合肥长鑫(ChangXin Memory Technologies,简称CXMT)公司计划在今年底量产首款内存芯片,是8GB LPDDR4颗粒,预计Q4季度产能约为2万片晶圆/月,不过产能最终会扩大到12.5万片晶圆/月。 根据长鑫之前的公告,其首批8Gb LPDDR4内存应该是19nm工艺的,预计在2020年建设第二座晶圆厂,将使用20nm以下的工艺生产内存,该公司计划在2021年量产17nm工艺的内存芯片。 此外,国内研发DRAM内存的另一家公司福建晋华JHICC被美国制裁,业务几乎停摆,长鑫公司也担心被美国盯上,促使他们在研发过程中非常注重知识产权。 从长鑫公司之前公布的消息来看,他们的内存技术主要源于破产的奇梦达公司,将一千多万份有关DRAM的技术文件及2.8TB数据收归囊中,这也是公司最初的技术来源之一。长鑫存储在所接收技术和国际合作的基础上,利用专用研发线,展开世界速度的快速迭代研发,已持续投入晶圆超过15000片。

    时间:2019-06-13 关键词: 芯片 新品发布 存储芯片 嵌入式芯片

  • 新突思电子科技发布业内首个边缘智能系统级芯片

    新突思电子科技发布业内首个边缘智能系统级芯片

    全球领先的人机交互解决方案提供商新突思电子科技(以下简称:新突思)近日在CES展会上发布融合了边缘计算的AudioSmart智能语音解决方案,其中包括全球首创的智能语音一体化的系统级芯片(SoCs),该芯片整合了神经网络加速单元、支持用户自定义的唤醒词引擎、以及业界领先的远场语音拾取技术。AudioSmart AS371采用22nm工艺节点设计,专为包括网关、Wi-Fi中继、音响和家用电器等在内的一系列需要智能语音交互功能的智能家居设备打造,其中整合了功能强大的SyNAP?(新突思神经网络加速单元和处理)全新机器学习引擎。 这套基于边缘计算的智能解决方案,能凭借较短的响应时间和更强的稳健性,实现更佳的用户体验。例如,语音识别(ASR)和自然语言理解(NLU)功能可以嵌入芯片内部,在本地运行时确保在网络信号不佳或中断时,智能家居的语音控制功能受到较少影响。SyNAP还可支持诸如用户身份识别和行为预测等先进功能,从而使语音助手能够进行环境计算,并与用户进行更为精准的互动。 在这个“永远在线”和联网的时代,以及用户周Χ不断增加的智能家居设备,设备的安全性就显得至关重要。确保设备和系统安全的高水准要求是新突思AudioSmart AS3xx系列SoCs的基本准则,其内置了专用的安全处理单元、重新设计了芯片内部架构,在系统开发层面也做了专门的安全优化。基于边缘智能技术SyNAP? 的AS371,可以不必向云端传送个人数据,从而更好地保护用户个人隐私。SyNAP还符合欧盟《通用数据保护条例》(GDPR)以及其他当前的监管条例要求。 AudioSmart AS3xx系列产品的另一项创新在于,将业界领先的专业远场语音前端处理技术和唤醒词技术完全集成进来。新突思领先的语音处理解决方案,已在各类产品中被全球客户广泛使用七年之久,并且仍在不断优化,以提高在更为嘈杂环境下的语音拾取能力,以及在超高音量播放中的打断能力。通过自主设计SoC、训练唤醒词引擎、以及进行语音前端处理和后处理,新突思实现了整个系统的最优化,从而实现用最优惠的价格尽最大可能地享用顶级的远场语音交互性能。另外,通过提供包括专业的声学服务在内的系统级解决方案,新突思力求为智能家居产品厂商最大限度地缩短产品上市时间,并在保持其核心应用性能的同时获得极佳的语音交互体验。此外,新突思AS3xx解决方案和全球所有语音助手平台保持兼容。 全新AS3xx系列产品: AS371(整合SyNAP技术,用于智能语音产品)已有样品 AS390(用于具有屏幕输出的智能语音产品)样品计划时间CY19Q1 AS350(用于低功耗智能语音产品)样品计划时间CY19Q1 AS320(用于嵌入式系统下的智能语音产品,超低功耗)样品计划时间CY19Q1 新突思电子科技资深副总裁兼IoT事业部总经理HuibertVerhoeven表示:“智能家居将会是边缘计算最早应用的领域,且对用户隐私进行保护的要求非常高,在这个领域,语音控制是发展最快且最自然的人机交互方式。除了我们在语音领域已经确立的市场领先地λ外,我们还将22nm工艺节点设计的先进语音处理技术与SyNAP技术相集成,不仅提供了无以伦比的优越性能和安全性,还为包括智能音箱、智能显示设备、机顶盒、温控器、照明系统、Wi-Fi中继、家用电器等在内的消费物联网产品开启了众多新机会。”

    时间:2019-01-09 关键词: 芯片 语音识别 嵌入式芯片 行业资讯

  • 英特尔官员称:嵌入式芯片将推动未来互联网发展

        英特尔一位官员周二表示,嵌入式芯片未来将推动互联网的增长。   英特尔高级副总裁Pat Gelsinger在旧金山举行的IDF大会上表示,未来将出现一个互联网使用的大爆炸,到2015年,将有150亿台设备连接到互联网上。   这些设备包括车载娱乐系统、导航设备以及与公共网络连接的硬件设备,比如健康网络和交通系统等。   Gelsinger说,这些设备将因为嵌入式芯片而加速发展。   英特尔希望抓住嵌入式芯片发展的机遇。尽管英特尔在这一领域涉足不深,但它希望通过新设计和产品确立在市场当中的地位。   英特尔表示,它正在开发基于Atom架构的低耗电嵌入式芯片,其主打设备为手机、机顶盒以及ATM自动取款机。7月,英特尔宣布新的“片上系统”(system-on-chips),这种技术可以广泛应用于消费电子产品以及机顶盒。   英特尔的Atom芯片主要适用于低价笔记本电脑,它的低耗电性可以让电脑完成电子邮件收发、上网等基本任务。英特尔还在开发代号Moorestown的新平台,预计上市日期为2009年或2010年。   Gelsinger说,他们需要克服一系列的挑战,象耐用性、耗电以及芯片寿命等,英特尔正在不断缩小片上系统芯片的体积以及降低耗电。   Gelsinger说,在嵌入式系统中使用x86架构可以鼓励更多开发者开发针对专门芯片的软件。目前,已经有大量程序员在开发基于英特尔系统的软件。   在IDF大会上,英特尔展出了一款宝马概念车,其导航与娱乐系统均由Atom处理器控制。这款车能够在众多的x86软件生态圈中挑选软件,以扩展汽车的功能。   目前,英特尔已有7百项嵌入式芯片设计项目,但它是这一市场的后来者。Arm公司才是这一市场的领导者。

    时间:2008-08-21 关键词: 发展 互联网 英特尔 嵌入式芯片

  • 采用已认证嵌入式芯片 工业应用安全风险锐减

    工业领域对电子设备安全性要求甚严,因此产品开发人员对嵌入式晶片的选择须格外谨慎;采用已预先通过标准认证的嵌入式方案,不仅可降低系统设计复杂度、减少额外元件使用数量,更能确保最终产品的安全性,提高市场竞争力。 工业自动化、物流以及智慧电网等很多工业领域都要求机械设备和产品具有安全性,通过功能安全认证。当开发的机械设备必须符合全世界安全标准时,灵活性和逐渐增高的安全成本,是非常重要的决定因素。 在这些应用中,安全要求产生新的机械开发过程,增加电子设备的复杂度,一般会导致硬体成本的显著增加,延长产品上市时间。工业单晶片系统能够帮助工程师在获得IEC 61508产品认证过程中节省十八个月的设计时间。具有现场可编程闸阵列(FPGA)等经过认证的元件,意味着设计人员可以充分发挥FPGA的灵活性优势,不用担心这些元件能否用于安全应用。 安全设计摆第一 各类挑战大又多 如果公司计划将产品销售到须要符合当地安全规章制度的国家,这些国家要求须有功能安全评估人员的认证,例如新的机械建造规范(2006/42/EG),这是产品出口到欧洲必须满足的要求,那么这些公司必须在整个设计过程中采用安全方法,这样才能参与竞争。工厂操作人员须要对机械设备进行安全操作以提高效能,例如在部分机械设备还在运作时对设备进行维护,显著缩短开机和停机的时间等。 当公司决定开发安全产品时,必须把安全作为核心系统功能。以往,都是透过备用控制器或通讯模组等其他功能,结合电路来监视系统,在系统中增加安全功能。与从一开始就针对安全和成本竞争力进行最佳化的设计安全应用相比,这些置入的安全性零组件是事后才加入到系统概念中,明显地提高成本,不够灵活也无法更新。 成功设计安全应用的关键是采用经过验证的设计方法,合格的工具和元件作为产品的一部分,从产品开发的一开始就考虑安全问题。 典型设计步骤 安全考量非重点 如果没有想到安全问题,开发一个具体应用的五个典型设计步骤包括:架构开发、零组件选择、应用设计实现、整合和测试、发布。 第一步是产品架构,如图1所示。对于驱动器等典型的马达控制应用,设计步骤把系统分成系统控制、通讯和即时马达控制功能等部分。例如,对于系统的控制部分和即时部分,在架构上选择用软体实现,对于通讯部分确定使用硬体/软体方法,以支援即时工业乙太网路通讯协定。     图1 架构开发 下一步是选择零组件(图2)。做出决定后,具体实施时,控制软体可能运行在标准应用处理器上,然后在数位讯号处理器(DSP)上实现即时马达控制部分,而采用FPGA架构的方法实现系统中的通讯部分。采用FPGA,系统能够在可以互换的相同元件中灵活地实现各种工业乙太网路标准,例如乙太网路/IP、EtherCat、PROFINET或SERCOS III等。利用灵活的通讯部分架构,可以订制标准硬体平台,很容易满足最终使用者的特殊通讯协定需求。     图2 零组件选择 确定如何划分并选择元件后,设计团队可以针对各自的应用展开开发工作。然后,将元件整合为一个完整的系统,测试系统功能,发布产品。 增加安全性 取得安全认证 如果按照产品要求,开发功能安全设计,则须增强其他的专案阶段,如图3左起第1、3、4、6、8、10、11方块部分所示。     图3 根据安全步骤而增加的设计步骤 设计安全应用的目的是获得功能安全认证,例如IEC 61508等,因此导致专案越来越复杂。IEC 61508规范涵盖从开发具体应用到产品退出市场的整个安全生命周期。按照安全标准的步骤和过程,则须要简化与评估人员的通讯,以确保能够清楚地理解安全目标、概念、过程和解决方案,满足安全要求。以下是根据安全步骤而增加的设计步骤: .专案启动和风险分析 在专案启动和风险分析阶段,根据应用的一般要求来确定安全范围。对于实施阶段,确定并整理和记录应用所需及能够实现的安全完整性等级(SIL),作为风险分析和评估的基础。风险分析是以后测量的基础,它表明对产品界限的理解,与产品范围定义密切相关。它是所需SIL的基础,详细定义安全功能,以及产品文件建档框架,这必须在元件层级和系统层级来完成。 .架构开发 然后,设计人员开发架构来满足功能和安全要求。他们对安全要求进行改善,记录在操作和维护阶段实现的某些功能,确定验证能否满足安全要求而须要采取的策略。 .安全要求规范 对于安全驱动,专案范围可能包括几个方面,例如确定驱动参数是否在允许的范围内,或者安全输入输出(I/O)讯号是否为关键事件等。驱动最基本的安全特性是安全关闭(STO),以安全方式断开马达电源。此一过程还可能包括与出现安全事件的整个自动化系统进行通讯,必须在一定的时间周期内进行评估,例如按照一系列步骤顺序关闭整个应用。 .验证和认证规画 验证规画的开发包括受控制的失败介入方法,以测试系统,进行其他的监控,观察系统,对比当前参数和预先确定的参数,以及允许值。 .元件选择及元件、IP和工具条件 典型的专案都有元件选择步骤,但是设计人员应确保元件和IP功能适合安全应用。重要的是考虑残留错误概率,这是计算产品全部失败概率(FIT)以及最终SIL的基础。可以透过收集广泛应用的产品的元件和设计工具资料来实现,就不会出现系统错误,能够可靠使用(例如对于IP),还可以透过使用处理器或FPGA等半导体产品错误概率报告,以及可靠性资讯来实现。 .应用设计实现 通讯协定、FPGA的记忆体介面IP、或者嵌入在FPGA中的嵌入式处理器IP等复杂系统功能,通常用于运行驱动应用中工业乙太网路通讯协定的软体堆叠,这些都须要进行安全应用分析、测试和认证。 .安全/诊断功能 除了实现应用程式外,还必须在设计中加入某些功能。这些设计须要采用时钟和电源等基本参数监视功能,以及资料监视等复杂功能,观察脉冲宽度调变(PWM)的输出,进而保证系统正常运作。此外,还需要能够自动发现错误的功能,让系统进入安全状态。基本功能包括保证记忆体内容不会由于外部影响设计而发生改变、监视系统时钟以保证在设定的系统参数范围内驱动设计(或是因为外部元件失效导致错误出现),以及电源正常运作。 .整合和测试 将每一个元件整合到安全驱动方案中,进行测试,实现预期的系统功能,提供设定好的安全功能。透过安全验证,保证所需的安全特性能够在运作期间发挥作用,例如,确保外部因素对设计的安全功能没有不利影响,偶然的禁用不会影响系统。 .安全验证、认证和发布 在整个过程中,要求与评估人员密切合作,以保证在开发过程中所进行的评估是合理的,提供合适的安全功能。最后,评估人员对产品的安全功能进行认证,可以向市场推出该产品。 增加预认证安全功能 Altera等半导体供应商提供某些步骤说明实现这一个过程,减少在安全应用开发上的投入。例如,立即使用经过功能安全预认证的半导体资料、IP、开发流程和设计工具等,大幅度缩短整个产品开发过程(图4)。     图4 具有预认证安全步骤的设计步骤 Altera投入近两年的时间来实现产品认证,其SIL 3功能安全资料套件包括评估机构TV Rheinland对Altera工具、IP和元件资料的认证,缩短并简化符合IEC 61508安全应用的开发。经过预先认证的设计流程和工具,以及经过预先认证的嵌入式系统和诊断矽智财(IP),降低了对安全非常重视之工业应用的认证风险,例如伺服和变频驱动器、安全I/O和可编程逻辑控制器(PLC)以及自动控制器等。 对IP和设计工具以及元件可靠性资料的测试和应用资料进行总结和整理,简化了功能安全验证。采用TV Rheinland认可的设计方法(V-Flow),可满足FPGA设计的特殊需求。功能安全套件包括所必须的诊断功能,将其设计为FPGA IP。功能安全套件用户受益于Altera在TV上的前期投入,在专案投入上能够节省同样的时间。 安全驱动实例示范 具有安全I/O的此一驱动实例采用Altera认证过的FPGA设计工具Quartus II软体9.0 SP2,以及所建议的设计方法实现这一个应用实例。此外,如图5所示,这个应用使用两颗FPGA,而没有采用外部处理器和DSP。该应用被划分成几个Nios II软式处理器核心。第一个Nios II软式核心处理器提供通讯堆叠支援,第二个处理系统控制,第三个Nios II处理器整合在马达控制模组内。对马达控制演算法进行划分,其软体部分运行在Nios II处理器上,针对这个应用而专门开发的硬体模组加速马达控制回路的实现。外部安全控制器提供SIL3应用所需要的备用功能。     图5 安全驱动的两颗FPGA实现 此一解决方案在一颗FPGA中结合安全控制器和现场汇流排控制器,使用Altera的SOPC Builder系统整合工具,整合Nios II软式核心处理器、其他通讯IP模组,以及编码器介面和记忆体介面。 诊断晶片驱动安全性 对于FPGA中关键而又常用诊断任务的底层监视功能,这个实例使用Altera的安全认证诊断IP模组。这些诊断IP设计满足IEC 61508规范要求,完成以下常用诊断功能: .循环校验码(CRC)运算 应用在许多系统内,特别适用于现场汇流排应用。 .提取时钟检查 这个核心检查是否有系统时钟及时钟频率。 .SEU检查控制器 此模组采用元件中的内置软式错误检查硬体,监视软式错误导致的变化。 由于这些硬式核心IP是在FPGA逻辑区中实现,因此系统处理器不再承担这些任务。在认证方法方面,Altera采用IEC规范来分析FPGA设计方法和相关要求。从这个分析中,形成工具流程文件档。此工具流程的中心主题是对Altera开发的FPGA V-Flow的描述(图6)。 V-Flow及其相关文件档将Altera FPGA安全应用设计的所有步骤映射到IEC规范上,满足其要求。此外,它解释哪些设计步骤采用哪些Altera工具。其涉及到IEC规范中的某些章节,以指导使用者依照合适的开发步骤来开发安全应用。 这包括评估人员所需要的认证文件档和资料,以提供完全符合IEC 61508规范的格式,因此评估人员很容易处理它们。以正确的格式提供这些文件档,可节省安全专案大量的文件档工作。在所包括的可靠性报告中,Altera对FPGA可靠性统计资讯进行大量分析,包括所需的全部资讯来计算FIT率。 透过重新使用符合预认证两颗晶片方法的驱动系统概念,按照经过认证的设计方法、设计流程、工具和IP,通常能够加速实现典型的应用开发过程。由于能够立即使用元件的可靠性资料,提供的格式很容易整合到安全认证的所有文件档内,因此加速实现认证过程。在安全设计和系统设计中,设计人员可以充分利用灵活的FPGA设计整合功能。由于安全已经成为具体应用的关键需求之一,因此它包含在整个概念中,透过满足成本和产品及时上市目标来实现。

    时间:2012-09-10 关键词: 风险 工业应用 嵌入式芯片

  • 苹果Lightning连接线有四个嵌入式芯片

    日前Chipworks公司仔细地研究了苹果新的Lightning连接线,发现其有四个嵌入式芯片。前两个是一对晶体管芯片,第三个是一个NXP标记为NX20P3的芯片,第四个是TI芯片,标记为“BQ2025”。 TI芯片似乎是一个串行通信芯片与一些简单的安全功能。下面是Chipworks对Lightning进行拆解的分析图:              

    时间:2012-10-18 关键词: 苹果 lightning 连接线 嵌入式芯片

  • 嵌入式芯片再添新兵 单核心赛扬卷土重来

    据外电报道,就在单核心产品离我们远去之际,Intel近日却又悄然推出了三款嵌入式赛扬,其中单核心产品再度卷土重来。 这款产品型号为“Celeron 927UE”,基于22nm Ivy Bridge架构,BGA封装,不仅是单核心,而且还是单线程,主频1.5GHz,三级缓存1MB,图形核心HD Graphics 350-900MHz,内存支持16GB DDR3/L-1600,技术上更是只支持基础的VT-x、Intel 64、EIST,热设计功耗17W。 “Celeron 1047UE”也是17W超低压版本,不过有两个核心(双线程),三级缓存为2MB,不过主频降至1.4GHz,其它指标则与927UE完全相同。 “Celeron 1020E”看起来还比较“正常”,是一款35W标准版,双核心双线程,主频2.2GHz,三级缓存2MB,图形核心频率650-1000MHz,技术支持也比前两款多了Idle States电源状态、EBD防毒、VT-x EPT虚拟化,封装形式除了BGA还可选rPGA988B。 截至目前,产品的具体价格尚未公布,不过估计也就在86-134美元之间。而Haswell架构的移动版赛扬最迟应该也就在年底推出。

    时间:2013-02-01 关键词: 核心 嵌入式芯片

发布文章

技术子站

更多

项目外包

更多

推荐博客