第三类接触──掌上平台 朱云 2001年 11期 非主流的电脑平台，通常被称作嵌入式系统，像单片机、微控制器、工业控制系统就是其中的几种产品。嵌入式平台的CPU就是嵌入式处理器，它们往往采用的是RISC（精简指令系统）结构。那么你是否知道在这个不为大众关注的RISC型CPU王国中，谁是王中之王？这就是本文的主角──ARM公司，它在2000年的嵌入式RISC CPU市场上，占据了75%的巨大份额，作为老牌RISC型CPU的MIPS和MIPSⅡ、Palm手掌电脑所用的Motorola龙珠系列和日本游戏机喜欢采用的日立SH系列就相形见绌了。 　　 今年ARM的动作更加引人注目，在同Motorola公司合作抢占移动电话和Palm市场之后，又宣布同Imagination签署了战略合作协议，在ARM处理器内核中集成PowerVR图形核心──是否移动电话和PDA将合二为一？是否ARM将一统嵌入式平台市场？ 　　 很可能不久之后就将形成台式电脑的桌面平台和笔记本电脑的移动平台之外的第3个标准电脑平台──掌上电脑的掌上平台。在这个激动人心的历史时刻，让我们展望未来。 　　#1 ARM+Motorola 　　 ARM公司是位于英国的一家专利技术公司，本身并不生产任何芯片产品，ARM是通过将CPU内核技术授权给芯片设计和生产厂商、收取专利费赚取利润。ARM体系已经成为标准的嵌入式微处理内核，事实上各主要的芯片制造商都使用ARM内核设计移动电话芯片：由于诺基亚（Nokia）和爱立信（Ericsson）采用德州仪器（TI）的主芯片，TI占据了60%的移动电话市场份额；TI的主要竞争对手是模拟器件（AnalogDevice）、朗讯（Lucent）和Motorola。 　　 现在摩托罗拉获取了ARM公司全套先进的RISC微处理器的许可协议，该许可证甚至允许Motorola改变ARM内核，只要改动后的结果能同ARM指令系统完全兼容就行，这仅仅是ARM第2次发出这样深层次的专利许可。第一家拿到这种许可证的公司就是Intel，Intel从DEC（现属于Compaq）买到了大名鼎鼎的StrongARM系列嵌入式处理器，现在又在开发第2代的Xscale产品，可见深层次的许可对于自由发展ARM体系的重要性。有了ARM内核，Motorola一方面可以在移动电话芯片中使用行业标准的ARM核心代替自己特殊的M*Core；另一方面由于3Com的Palm掌上电脑已经决定改用ARM体系的CPU，本来几乎全部使用DragonBall（龙珠）的PDA、特别是掌上电脑市场很可能离开Motorola的怀抱，现在计划在龙珠中加入ARM兼容硬件后，无疑让这一系列著名的嵌入式CPU产品的前途更加光明。 　　#1 ARM+PowerVR 　　 然而ARM并不满足于16/32位的现有产品取得的惊人成就，一方面ARM正在推广Jazelle技术，该技术是在低功耗平台上运行Java应用程序的解决方案；另一方面ARM于1月25日同拥有PowerVR显示技术的英国Imaginattion公司达成协议，把PowerVR作为ARM 9和ARM 10新系列CPU的标准图形显示内核。通过向ARM广泛的用户群推广ARM+PowerVR组合平台，希望加速高水平的3D显示技术向嵌入式平台转移。 　　 关于PowerVR无需过多介绍：PowerVR PCX1/2当年同Voodoo 1势均力敌，却未能成为主流3D芯片；PC版的PowerVR 250作为不大，PowerVR 2DC在世嘉的DreamCast游戏机上赢得了广泛的好评和不错的销量；可惜最近DreamCast停产，只剩下Pace Micro的使用DC核心技术的电视机顶盒兼游戏机独立支撑；去年推出的Kyro（PowerVR 3）显示卡仍是叫好不叫座，PowerVR低带宽需求、高性能的优点在PC平台和主流游戏上难以发挥。 　　 然而Imaginattion公司的多年不懈努力终于有了部分的报偿。进入嵌入式平台特别是掌上电脑领域，一向是主流3D显示芯片厂商的愿望：3dfx在主流市场失利后，一度计划凭借GigaPixel的技术进入这块希望之地；NVIDIA收购了3dfx之后，在新的一年的规划中，也明确表示掌上平台是3D发展的新方向。PowerVR同GP系列一样具有嵌入式设备必须的特点──低带宽占用，不必使用高位数的显示内存，节省PCB（基板）面积；内部并行机制带来了高处理能力，可以在较低的核心频率下工作，省电；结构简单，成本低、耗电少；而且PowerVR还具有多种数据压缩和用内部Cache代替外部内存的措施，就更能节省成本、提高性能──由于PowerVR和ARM体系的配合将经过专门的优化，所有在主流平台上难以发挥的优势都可以被利用起来，正如在家用游戏机上那样。 　　#1 PowerVR MBX+VGP 　　 继著名的Guillemot/Hercules声称将使用Kyro系列3D芯片生产之后，2月21日Imagination又同ARM联合宣布，推出PowerVR MBX移动版3D图形核心，这就是同ARM处理器配合的掌上版3D显示系统。两家公司希望ARM+PowerVR的阵容能够成为下一代移动计算机和移动通信设备的标准平台。另外还有一项来自Imagination的产品：VGP（顶点几何处理器）核心，用来完成T&L（Transfer&Lighting，光照转换引擎） 处理──开动你的想象力，具有T&L引擎的3D掌上电脑可以做些什么？！ 　　 PowerVR MBX具有完整的2D/3D/视频处理功能，而使用的硅芯片面积在0.13微米半导体制造工艺时，仅仅6平方毫米──同传统结构的3D芯片动辄数平方厘米的面积相比，真是又小又便宜；PowerVR MBX的耗电，因采用0.13微米工艺时仅仅70mW──同GeForce 2 Go和Mobility Radeon的数瓦功耗相比，简直就是不怎么用电和发热，这才真正是给电池供电设备使用的移动3D呢！ 　　 PowerVR MBX继承了PowerVR系列低外部带宽需求、高性能、高图形质量和低功耗的传统，非常适合ARM内核的SoC（单芯片系统）和UMA（统一内存架构）的设计。PowerVR MBX拥有不少最新的3D功能：Scene Manager（场景管理器），能在内存有限的应用中随心所欲地实现复杂场景的管理，属于前无古人的历史性设计；FSAA4Free，“时髦”的全屏反锯齿却不会影响运行速度，在掌上平台的低显示分辨率下也能明显提高显示质量的效果；ITC（内部真彩色），全32位的内部渲染架构；PVR-TC，就是PowerVR专用的纹理压缩功能；AHB，ARM系统总线接口；为UMA彻底优化的架构…… 　　 当然PowerVR MBX还具有普通3D显示卡的全部通用型2D/3D/视频功能──一言以蔽之，PowerVR MBX+VGP就是嵌入式平台的标准GPU（图形处理单元），有了PowerVR和ARM的携手合作，属于未来的掌上平台终于初具规模了。 　　#1 All-In-One 　　 看看我们定义的掌上平台，其最典型的表现将是具有ARM的CPU、PowerVR的3D显示和移动通信功能的真正随身携带的“个人”电脑。在这个新兴的电脑平台和硬件市场上，ARM和Imaginattion将很可能成为未来的巨人，正像昨日的Intel和今天的NVIDIA一样，请大家密切关注ARM公司和PowerVR的发展。 　　 我们将看到什么样的未来呢？不论移动电话、PDA还是数字机顶盒都将促使目前的图形密集型软件、特别是3D游戏，逐步向这些掌上平台转移，我们将看到这些设备的2D/3D/视频处理能力逐步赶上电脑与家用游戏机。这一切将以集成了CPU、3D图形和各种外围功能的SoC（单芯片系统）为基础，因为高性能、低成本、低耗电正是掌上平台芯片的发展方向。