在科技飛速發(fā)展的今天，我們周圍一切都發(fā)生著翻天覆地的變化，而傳統(tǒng)工業(yè)也正經歷著一場有著“第三次工業(yè)革命”之稱的深刻變革。這場變革正發(fā)生在我們的身邊，其核心是“制造業(yè)數字化”，即為“智能工業(yè)”。
“智能工業(yè)”是將具有環(huán)境感知能力的各類終端、基于泛在技術的計算模式、移動通信等不斷融入到工業(yè)生產的各個環(huán)節(jié)，大幅提高制造效率，改善產品質量，降低產品成本和資源消耗，將傳統(tǒng)工業(yè)提升到智能化的新階段。智能工業(yè)的實現(xiàn)是基于物聯(lián)網技術的滲透和應用，并與未來先進制造技術相結合，形成新的智能化的制造體系。所以，智能工業(yè)的關鍵技術在于物聯(lián)網技術，而物聯(lián)網技術的基礎在于智能嵌入式系統(tǒng)應用。嵌入式微處理器具有性能強大、體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點。現(xiàn)階段ARM微處理器作為嵌入式系統(tǒng)主流趨勢代表，受到越來越多的關注。由于ARM公司通過授權方式與全球主要半導體公司均有合作，導致ARM芯片類型繁多，應用方向各有側重，增加了國內開發(fā)者進行芯片選型的難度。
在消費類電子中主要有蘋果、高通、三星、英偉達等公司的ARM芯片主宰江湖，這些公司生產的 ARM芯片性能強大，接口豐富，擴展性強，程序移植方便，但生命周期短、不能適應惡略環(huán)境等特點并不適合智能工業(yè)應用。智能工業(yè)領域所需的ARM芯片要求有更高的可靠性，更強的環(huán)境適應能力，更長芯片生命周期。接下來將介紹兩家有代表性的ARM智能工業(yè)嵌入式處理器的公司飛思卡爾（Freescale）和德州儀器（TI）以及其相關的嵌入式處理器產品線。
公司簡介
飛思卡爾（Freescale™ Semiconductor），是美國的半導體生產廠商。2004年由摩托羅拉半導體部組建。總部位于德克薩斯州奧斯汀，是全球領先的半導體公司。飛思卡爾的主要產品為面向嵌入和通訊市場的芯片，同時飛思卡爾還是POWER體系芯片的重要提供商。飛思卡爾也是第一個將MRAM商業(yè)化的廠商。
ARM系列
飛思卡爾自ARM7開始即與ARM公司開展合作，經過不斷的換代升級形成了獨特的i.MX系列多媒體應用處理器，以其出色的性能、超低的功耗和豐富的多媒體內容的支持，受到全球開發(fā)者的青睞。截止2013年初已正式推出基于ARM CoertexA9的包含單核、雙核、四核在內的i.MX6X系列處理器。飛思卡爾i.MX處理器主要面向工業(yè)、監(jiān)控、汽車電子等行業(yè)。
工業(yè)應用
優(yōu)勢：芯片生命周期長、性能穩(wěn)定、具備為環(huán)境苛刻的應用，如軍事、航空航天、工業(yè)和汽車系統(tǒng)等提供的工業(yè)級至汽車級的產品。值得一提的是飛思卡爾在汽車電子領域占據了70%的行業(yè)份額，被稱為汽車電子中的“英特爾公司”。基于汽車行業(yè)自身特點，飛思卡爾芯片的溫寬、穩(wěn)定性和8-10年的生命周期都非常適合工業(yè)方向的應用。
劣勢：1、芯片成本較高，開發(fā)難度較大。
2、原廠推薦周邊芯片均為歐美芯片，采購難度大。一般需要通過國內的飛思卡爾第三方獨立設計公司（IDH）協(xié)助，完成本土化工作。
3、飛思卡爾技術支持力量主要針對一線客戶即國際化大公司如微軟、博世等，國內公司很難從原廠獲得必要的支持，也需要通過第三方公司協(xié)助。
飛思卡爾i.MX系列嵌入式處理器，見下表。
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飛思卡爾i.MX 系列處理器 |
應用方向 |
芯片特點 |
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ARM 9 |
i.MX21 |
手機和PDA等手持式移動便攜設備。 |
主頻266MHZ，支持實時MPEG4和H.263編解碼，每秒傳輸30幀CIF或QVGA圖像；馬賽克平滑過濾(de-block)、de-ring等。 |
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i.MX23 |
電子書、便攜媒體播放器（PMP）和簡單人機界面（HMI）系統(tǒng)。 |
主頻454M Hz，集成一流的模擬和混合信號技術。支持24位VGA顯示器的圖像處理單元，支持豐富的用戶界面。低功耗，提供內存卡擴展功能和包括WiFi和Bluetooth無線連接標準。 |
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i.MX25 |
車內信息娛樂系統(tǒng)、工業(yè)安全、住宅智能電表、條形碼掃描儀等。 |
主頻400MHz，片內集成CSI接口。擁有16K的指令緩存和16K數據緩存，128KB SRAM和2KB 加密ROM，并且集成了LCD和SLCD控制器，CMOS sensor輸入接口, 2個CAN接口等。 |
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i.MX27 |
樓宇對講、視頻監(jiān)控、廣告機、網絡攝像機、可視電話、導航設備等 |
主頻400MHz，特點是H.264硬件雙向編解碼，編解碼不占CPU資源。MPEG-4 硬件編解碼支持D1的分辨率。電源管理系統(tǒng)，網絡傳輸控制，強大的圖形處理以及豐富的外設。 |
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i.MX28 |
人機界面、工控顯示、手持掃描儀、電子POS終端、智能網關、智能儀表等 |
o 主頻454MHz，12位8通道ADC，2個I2C接口，6個串口，2以個以太網接口，2個CAN接口，4個SD/MMC接口。4個定時器，6個PWM輸出。3.3伏引腳I/O支持，可減少PCB和制造成本的0.8mm間距封裝，適用于惡劣環(huán)境的擴展溫度范圍。 |
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ARM 11 |
i.MX31 |
工業(yè)，汽車，醫(yī)療和一般嵌入式設備。全球第一款經過認證的汽車級芯片。 |
主頻532MHz，采用90納米制程技術，128K的L2-Cache高速緩存DDR SDRAM：256Mb內置3D圖形硬件加速器，不占CPU資源。H.264的軟件編解碼，優(yōu)秀的語音識別系統(tǒng)，Smart Speed增強技術的高效電源管理系統(tǒng)，外設接口豐富。 |
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i.MX35 |
汽車電子、工業(yè)控制、工廠自動化、建筑控制、智能家居、GPS、PND以及eBook電子書、醫(yī)療系統(tǒng)等 |
主頻532MHz，集成了OpenVG 2D矢量圖圖形加速器，對Adobe Flash、PDF文件及GPS地圖顯示加速支持。豐富的控制和多媒體外設接口，將車身控制和多媒體高效的整合到一個中控平臺上。Can Bus*2、UART（3+2）、USB（With Phy）、FEC、SD/SDIO等，多媒體——MediaLB（外接MOST網絡）、S/PDIF(高清音頻接口)、ESAI可接5.1通道音響 四路TV In（倒車后視及車載DVD等） |
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i.MX37 |
工業(yè)控制、手持MID、移動數字電視等。（已停產） |
主頻532MHz，L2高速緩存,Jazelle Java加速矢量浮點協(xié)處理器(VFP)。多格式視頻解碼硬件加速,24位顯示支持XGA分辨率,圖像與視頻縮放、倒置與旋轉硬件,解塊、去鳴振、alpha混合與色域轉換,PAL/NTSC組件、S-視頻輸出。多個獨立電源定域,動態(tài)電壓與頻率調節(jié),專有功率門限。 |
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Cortex A8 |
i.MX51 |
平板電腦、顯示系統(tǒng)、工業(yè)控制、多媒體播放器、 |
主頻800MHz，支持VGA，DVI，WVGA等多種顯示方式；支持h.264、Mpeg-4、Mpeg-2等多種720P高清解碼和h.264等多格式D1編碼;支持I2C,SPI,URAT等多種接口. 支持Linux-2.6.31，WinCE6.0，Android 2.2，Ubuntu 9.10操作系統(tǒng) |
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i.MX53 |
高清視頻播放、高端游戲機、車載娛樂系統(tǒng)、MID移動設備、多媒體智能終端、智能家居、醫(yī)療設備等。 |
主頻1GHz，集成32K的指令緩存和256K數據緩存，集成高清1080p多媒體編解碼單元，雙路CSI攝像頭接口、雙路LVDS接口、VGA接口、雙路CAN、并行RGB888接口，12位8通道ADC，2個I2C接口，DDR3高速內存接口等。支持1080p多標準視頻回放。 |
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Cortex A9 |
i.M6X |
交通系統(tǒng)導航和娛樂，高端移動網絡設備和高端PDA應用，工業(yè)信息終端及云計算領域，帶SATA硬盤的高端便攜式多媒體播放器，室外高端廣告設備或游戲終端，高端圖像采集和處理等 |
主頻1.2GHz，該系列分為單核、雙核與四核三個類型。其中的四核心處理器支持高達4個ARM Cortex A9核心，每一個核心的速度可以高達1.2GHz，2GByte的總線頻率1.2GHz的DDRIII。支持高分辨率高速MIPI接口，CAN接口，千兆以太網等業(yè)界新標準；支持光線傳感器，三軸加速度傳感器，電子羅盤等傳感器接口；支持1080p編解碼；支持Android4.0操作系統(tǒng)，是目前工業(yè)行業(yè)最高端最前沿的開發(fā)平臺。 |
德州儀器（TI）OMAP系列ARM處理器
公司簡介
德州儀器（英語：Texas Instruments，簡稱：TI），是世界上最大的模擬電路技術部件制造商，全球領先的半導體跨國公司，總部位于美國德克薩斯州的達拉斯。德州儀器的歷史可以追溯到1930年，以開發(fā)、制造、銷售半導體和計算機技術聞名于世，主要從事創(chuàng)新型數字信號處理與模擬電路方面的研究、制造和銷售。除半導體業(yè)務外，還提供包括傳感與控制、教育產品和數字光源處理解決方案。
ARM系列
TI 所生產ARM 解決方案的數量超過其他任何制造商，始終穩(wěn)居ARM 型產品頭號供應商的地位。TI 整個微控制器(MCU) 和微處理器(MPU) 產品系列擁有近1,000 種極具差異化功能的ARM 器件。TI 其它基于ARM 的解決方案包括應用極廣的OMAP移動應用處理器、達芬奇(DaVinci) 數字媒體處理器，以及Integra DSP+ARM處理器等。
工業(yè)應用
2012年底由于智能手機和平板電腦芯片市場上的失利，TI宣布開始將處理器重心轉向工業(yè)、汽車電子等領域，更加專注于具有較長生命周期的嵌入式應用上，這無疑對智能工業(yè)嵌入式處理器發(fā)展是一個利好消息。
TI面向工業(yè)、軍用領域主要是Sitara系列嵌入式處理器，見下表。
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TI Sitara系列 |
CPU MHz |
L1P |
L1D |
L2 |
RAM |
Memory |
Peripherals |
Max LCD |
GPIO |
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AM1705 |
ARM9 |
450 |
16 |
16 |
- |
128 K |
SDRAM |
I2C,SPI,UARTUSB, MMC/ SDIO, EMAC |
- |
128 |
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AM1707 |
450 |
16 |
16 |
- |
128 K |
SDRAM |
I2C,SPI,UARTUSBMMC/SDIO, EMAC |
1,024 × 1,024 |
128 |
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AM1802 |
300 |
16 |
16 |
- |
128 K |
SDRAM/LPDDR1/ DDR2 |
I2C,SPI,UARTUSMMC/SDIO |
- |
144 |
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AM1806 |
450 |
16 |
16 |
- |
128 K |
SDRAM/ LPDDR1/ DDR2 |
I2C,SPI,UARTUSBMMC/SDIO, |
1,024 × 1,024 |
144 |
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|
AM1808 |
450 |
16 |
16 |
- |
128 K |
SDRAM/ LPDDR1/ DDR2 |
IC,SPI/UART/ USBMMC/SDIO, EMAC/SATA |
1,024 × 1,024 |
144 |
|
|
AM1810 |
375 |
16 |
16 |
- |
128 K |
SDRAM/ LPDDR1/ DDR2 |
IC/SPI/UART/ USB/MMC/SDIO, EMAC/SATA |
- |
144 |
|
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AM3505 |
Cortex A8 |
600 |
16 |
16 |
256 K |
64 K |
LPDDR1/ DDR2 |
IC,SPI,UART/ USB/MMC/SDIO, EMAC/CAN |
2,048 × 2,048 |
186 |
|
AM3517 |
600 |
32 |
32 |
256 K |
64 K |
LPDDR1/ DDR2 |
IC/SPI/UART USB/MMC/SDIO, EMAC/CAN |
2,048 × 2,048 |
186 |
|
|
AM3703 |
1,000 |
32 |
32 |
256 K |
64 K |
LPDDR1 |
I2C/SPI/UART USB/MMC/SDIO |
2,048 × 2,048 |
188 |
|
|
AM3715 |
1,000 |
32 |
32 |
256 K |
64 K |
LPDDR1 |
I2C/SPI/UART USB/MMC/SDIO |
2,048 × 2,048 |
188 |
|
|
AM3892 |
1,500 |
32 |
32 |
256 K |
512K |
DDR2/3 |
PCIe/SATA/ EMAC/UART/ USB |
1,920 × 1,080 |
64 |
|
|
AM3894 |
1,500 |
32 |
32 |
256 K |
512K |
DDR2/3 |
PCIe/SATA/ Gigabit-EMAC/UART/ USB |
1,920 × 1,080 |
64 |
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可以預見，隨著智能工業(yè)化的快速推進，以ARM智能工業(yè)嵌入式處理器為代表的智能工業(yè)嵌入式系統(tǒng)在不遠的將來必會得到廣泛應用。鑒于現(xiàn)階段優(yōu)秀的ARM智能工業(yè)嵌入式處理器都由國外公司提供，國內的研發(fā)公司和機構在選型、采購、溝通、對接、技術支持和完成項目本地化方面，會遇到方方面面的困難，而有些困難僅靠自身難以解決。為此建議通過國內的第三方獨立設計公司（IDH）協(xié)助解決。這些獨立設計公司多集中在北京、上海、深圳等國內科技前沿城市。其中一些公司如飛思卡爾系的辰漢電子和TI系的合眾達等有原廠背景，公司骨干成員曾在相關外企技術部門任職，這些公司經過多年的經營，具備穩(wěn)定的供貨渠道與足夠的技術儲備，可以協(xié)助國內研發(fā)公司與機構解決研發(fā)不同階段中遇到的一些問題，避免多走彎路。在此，預祝我國智能工業(yè)革命成功！