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關鍵字：ATOM 工控主板 X86 In 945GSE+ICH7M 嵌入式
一、嵌入式系統發展脈絡及趨勢
嵌入式系統誕生于微型機時代，并經歷了從裁剪到應用延伸的發展過程。
70年代末，工業控制領域引入了智能控制，體積、功耗、價格過大的微型機被裁剪成只有某一特定用途的單片機，此時的嵌入式系統使用8位的CPU芯片來執行一些單線程的程序，系統并沒有操作系統，只能通過匯編語言對其進行直接控制，運行結束后再清除內存，具有監測、伺服、設備指示等功能，通常應用于各類工業控制和飛機、導彈等武器裝備中。
發展到80年代，簡單的操作系統被移植到系統中，IC制造商開始把嵌入式應用中所需要的微處理器、I/O接口、串行接口以及RAM、ROM等部件統統集成到一片VLSI中，制造出面向I/O設計的微控制器。此時系統內核的精巧性、兼容性、擴展性都得到大大的改進。
20世紀90年代，智能家用電器等消費類電子產品發展迅速，由于這類產品直接關系到終端消費者的利益，因此智能家電嵌入式系統被的關注起來。除此之外，在分布控制、柔性制造、數字化通信方面，嵌入式系統也取得了飛速的發展。此時的嵌入式操作系統已經具備了文件和目錄管理、設備管理、多任務、網絡、圖形用戶界面（GUI）等功能，應用已經得到了很大的延伸。
如今，互聯網的發展給嵌入式系統注入了新的生機，網絡實現了控制后臺與應用終端的高速對接與通信，這有利于兩大模塊的明確分工和智能管理。而數據存儲的任務則由獨立的存儲模塊承擔起來。在控制后臺和存儲模塊的支持下，嵌入式應用終端可以實現更加靈活的應用延伸和更加強悍的環境適應能力，真正實現無處不在的嵌入式。
嵌入式市場的發展趨勢給擴展靈活、功能移植能力強的X86結構產品提供了發展契機，然而目前ARM結構的主板仍然以其強勢的姿態占據著嵌入式市場的絕大多數份額。
二、X86與ARM的對比
X86與ARM產品的優劣勢比較是很明顯的，ARM的優勢在于它是RISC體系，可以提供更高的抗干擾和更低的成本。其低至1W的功耗能使主板保持常溫，可以常年累月地開機在線工作而基本上不需要維護。由于功能單一，ARM主板的開機速度非?？?，一般只要幾秒就可以了。另外ARM主板的購買成本也比X86結構的主板要低。
X86結構相較于ARM結構的主板優勢在于功能的多樣性和擴展的靈活性，X86對特種需求的適用性之外的延伸性也比ARM結構的主板更強。
隨著終端應用的需求越來越花樣百出，在一些嵌入式領域如媒體終端機、移動設備、網絡設備、POS機等與zui終用戶直接接觸的領域，多重觸摸、3D播放等等各種新的需求已經在呼喚著適合嵌入式領域應用X86結構CPU。而在工業控制等傳統領域，更加人性化的交互界面和更強的擴展能力發展需求也需要X86結構CPU的支持。
在這樣的背景下，X86結構產品要解決的問題是如何在保持性能與降低功耗之前取得平衡。ATOM等一系列低功耗X86結構的產品的出現，無疑是一很大的突破，筆者相信，技術的進步只會給ATOM之類的產品在保持甚至提升性能的同時，帶來更低的功耗和適應能力，X86結構產品在嵌入式市場的崛起指日可待。同時我們也應看到目前ARM有X86結構所無法取代的優勢，如成本更低、功耗更低等，在一些功能長期固定而購買成本比較敏感的領域，ARM主板相對于X86主板是擁有優勢的。
三、低功耗處理器的三國演義——In、AMD、VIA
嵌入式市場對X86結構產品的召喚，使Intle、AMD、VIA三大X86結構廠商不斷努力探求出路。In2003年的Pentium M，2004年AMD Athlon處理器Geode NX的嵌入式版本，都是對這一領域的有力嘗試。其中表現良好的AMD的LX800，和VIA的C7系列都曾在嵌入式市場取得了良好的成績，但這些產品一直無法實現普遍的運用，前者是通過降低性能來適應低功耗需求的, LX800雖然只有1W，但僅有500M的主頻，400MHZ的前端總線，128KB的二級緩存的性能很難適應現在終端豐富多彩的應用，例如LX800播放普通電影CPU占用率就會達到90%多。后者則是用較高的性能和較高的功耗在對功耗不那么敏感的設備市場上取得一定份額。C7是基于90nm工藝的處理器1.8GHZ/800MHZ/128KB，但是功耗高達20W。這些嘗試的結果表明，嵌入式市場需要X86的性能和功能，卻對功耗問題心有余悸。
隨后，In于2008年推出ATOM平臺產品， VIA緊隨其后，推出了低功耗平臺NANO處理器。AMD也推出了BOBcat低功耗處理器發展計劃。三家都在宣揚自己是低功耗時代保持高性能的*。
VIA——nano
VIA nano是基于VIA Isaiah架構、隸屬于C7家族的處理器的一款單核心處理器，nano是VIA針對X86桌面平臺推出的64bit處理器，它采用nano BGA2封裝，封裝面積為21mm×21mm，處理器DIE size為7.65mm×8.275mm＝63.3mm2。VIA Nano處理器現有五款型號，分為L系列和U系列，主頻1.0-1.8GHz，前端總線800MHz，2×64KB一級緩存、1MB二級緩存。這款采用VIA Isaiah架構、隸屬于C7家族的處理器均采用65nm工藝制程，但在頻率和功耗上存在較大差異。zui低頻的U2300是*一款外頻為133Mhz的VIA nano處理器，TDP（熱設計功耗）也zui低，僅為5W。其余幾款VIA nano處理器均具備了200Mhz外頻，主頻從1.2G至1.8G不等，其中L2100的TDPzui高，達到了25W。（TDP的英文全稱是“Thermal Design Power”，中文為“熱設計功耗”，是反應一顆處理器（CPU或GPU）熱量釋放的指標，它的含義是當處理器達到負荷zui大的時候，釋放出的熱量，單位為瓦（W）。
VIA Nano屬于單核心處理器。
| 型號 | 工藝 | 主頻 | 二級緩存 | V4總線 | zui大TDP | 待機功耗 |
| L2100 | 65nm | 1.8GHz | 1MB | 800MHz | 25W | 500mW |
| L2200 | 65nm | 1.6GHz | 1MB | 800MHz | 17W | 100mW |
| U2400 | 65nm | 1.3+GHz | 1MB | 800MHz | 8W | 100mW |
| U2500 | 65nm | 1.2GHz | 1MB | 800MHz | 6.8W | 100mW |
| U2300 | 65nm | 1.0GHz | 1MB | 800MHz | 5W | 100mW |
VIA nano處理器家族一覽
In——ATOM
ATOM是*款采用45nm High-K CMOS工藝制造的處理器，無鉛無鹵封裝，體積只有13×14×1.6（mm），DIE核心面積控制在25平方毫米（7.8×3.1）以下，其內部共集成4700萬個晶體管，并配備512KB二級緩存，支持SSE3和SSSE3指令集，支持In Virtualization Technology（VT虛擬化技術）、In Advanced Thermal Manager（散熱管理技術），此外還具備Execute Disable Bit（EDB防毒）技術。
Atom包括兩種核心，代號分別是Diamondville與Silverthorne。Diamondville主要產品型號有Atom N230/N270/N330，Silverthorne產品型號有Z500（800MHz）、Z510（1.1GHz）、Z520（1.33GHz）、Z530（1.6GHz）、Z540（1.86GHz）。
ATOM家族zui小TDP為0.65W，zui大功耗也僅為8W。
| 名稱 | 二級緩存 | 工作時鐘 | 前端總線 | 熱設計功耗 |
| Z540 | 512kB | 1.86GHz | 533MHz | 2.4 W |
| Z530 | 512kB | 1.60GHz | 533MHz | 2 W |
| Z520 | 512kB | 1.33GHz | 533MHz | 2 W |
| Z510 | 512kB | 1.10GHz | 400MHz | 2 W |
| Z500 | 512kB | 800MHz | 400MHz | 0.65W |
| N270 | 512kB | 1.60GHz | 533MHz | 2.5 W |
| 330 | 1MB | 1.60GHz | 533MHz | 8 W |
| 230 | 512kB | 1.60GHz | 533MHz | 4 W |
ATOM處理器家族一覽
AMD——BobCAT
低功耗市場巨大的吸引力也將AMD吸引過來，AMD的Bobcat計劃從2007年開始公布，但由于AMD內部原因屢次推遲發布，現階段僅知頻率為1GHz，低于Atom及Nano。
綜上所述，在性能方面，以目前三者的zui高頻率來比較（Nano L2100 1.8GHz/1MB L2/800MHZ,Atom N330 1.6GHz/1MB L2/533 MHZ，bobcat 1GHZ），目前Nano L（L系列，另有U系列）較Atom N為佳，而Bobcat又差于ATOM，在各測試項上幾乎也都是Nano L略勝Atom N。然而在功耗控制方面，ATOM比nano相較優勢十分明顯，拿兩者性能相差無多的型號：ATOM N270和L2200相比較，N270的TDP僅為2.5w，而L2200的TDP高達17W。由此我們可以看出，ATOM是將功耗與性能平衡處理得zui為出色的處理器。
四、ATOM的典型嵌入式應用——BM945GSE ATOM工控主板
自從ATOM推出以后，其在嵌入式市場上引起了廣泛的關注，基于ATOM的工控主板出現，筆者在此舉一例——智慧工控的BM945GSE進行闡述，此板代表了ATOM典型的嵌入式應用，很好的利用了ATOM的優勢。
智慧工控于2009年二月份發布BM945GSE ATOM工控主板，此板采用的ATOM N270，搭配In 945GSE+ICH7M芯片組。詳情請參考：《智慧科技發布5.25寸ATOM嵌入式工控主板》
BM945GSE ATOM工控主板設計的*個特色是將CPU和芯片組放在主板的背面，從中我們可以窺見此板的設計者對于無風扇設計的考慮。由于主板11.5W的功耗還不能*摒棄散熱裝置，因此無風扇設計就要考慮散熱片等熱傳導散熱裝置的設計問題。而將散熱量zui大的CPU和芯片組放在主板背面，一方面可以使主板與和機箱相結合的散熱片緊密結合，避免對主板其他電子元器件的影響，另一方面也可以將機箱作為一個大的散熱體，達到更加的散熱效果。BM945GSE ATOM工控主板的這一設計將ATOM 的低功耗優勢極大的發揮出來，使設備可以在密封的機箱設計前提下保持穩定性能。
BM945GSE ATOM工控主板的第二個特色在于使用貼片式的電子元器件，嵌入式系統與一般的通用設備不同，嵌入式系統需要長時間運行，甚至不間斷地處理高負荷的任務。而電解電容容易因為腐蝕和運行超載而發生爆破，輕則中斷業務，重則燒毀主板。貼片式的元器件相較于普通元器件的成本更高，但是從長遠來看，貼片式的電容能使主板有更長的壽命和更少的維護，節約下來的隱形成本較其差價更甚。
BM945GSE ATOM工控主板的第三個特色在于多接口設計，由于ATOM的性能強悍，因此可以處理多個接口任務。這也是ATOM主板區別于ARM主板的優勢所在，工控主板主板的多接口意味著主板的擴展性強。BM945GSE ATOM工控主板設置有豐富的I/O接口：COM （其中1SUPPLY 5V/12V/TTL，1可定義485，422） ×6、CAN×1、USB 2.0×6、PCI×1、PCI 104×1、Mini PCI Express×1、GPIO 8 IN 6 OUT×1，同時還設有多個視頻接口：VGA、DVI、TV-OUT，支持LVDS，同時支持數字和模擬視頻信號輸出，支持雙屏顯示。而在系統擴展方面，BM945GSE ATOM工控主板同樣表現不凡，設有SATA×4，zui大可提供6TB存儲空間，DDRII SO-DIMM x2，zui大可支持4GB內存，44PIN IDE×1、CF卡接口×1。同時BM945GSE ATOM工控主板設置有兩個 10~1000M 自適應網絡接口，可以實現系統的高速網絡通信。（各接口的詳解請參照《強悍的5.25寸ATOM嵌入式工控主板》）
BM945GSE ATOM工控主板的第四個特色在于實現了的電源管理，在一些嵌入式領域如車載環境，供電環境十分惡劣，經常會因為電壓不穩造成電子元器件的燒毀，甚至是整個主板的燒毀，由于ATOM的功耗極低，因此主板在電源供應上可采用12V—19v的寬單電壓輸入，寬單電壓的輸入可使整個系統的電路設計更為穩定，避免由于電源輸入不穩造成的電子元器件的損傷，延長了工控主板的使用壽命，減少系統維護。另外BM945GSE ATOM工控主板設計了一個后備電源模塊，后備電源保證了系統能夠在一些突發狀況下保持系統的的運行和業務的續航，比如當智能公交終端在路上拋錨時，后備電源就能支持調度終端的持續運行，將車子的狀況和具體位置發送回總部，并能接收總部傳回的命令，實現的公交調度。
BM945GSE ATOM工控主板第五個特色在于的視音頻表現能力，BM945GSE ATOM工控主板集成了in GMA950的顯示芯片，GMA950擁有400MHz的核心頻率，像素填充率為1.6 GP/s，具有高品質的3D設置，提供高品質的材質貼圖單元和LD/iDCT，允許雙倍In高精度MPEG回放。BM945GSE ATOM工控主板可支持多種視屏輸出格式，如avi、mpeg、mp3等等，各種輸出格式的流媒體播放能力都可以達到720P。另一方面BM945GSE ATOM工控主板集成了realtek ALC662芯片，ALC 662是Realtek推出的高音頻解碼芯片，通過微軟Microsoft WLP 3.08規格認證，支持3個DAC通道和2個立體聲ADC通道，可提供5.1聲道環場音效，提供音訊串流速率達96kHz/24 bit以上。ALC 662的2個立體聲ADC通道可支持麥克風、回音消除（Acoustic Echo Cancellation）、波束成形（Beam Forming）與噪聲濾除（Noise Suppression）等功能。
zui后，智慧工控表示，BM945GSE ATOM工控主板采取準ODM的經營模式，即可根據具體的應用刪減功能設計主板，刪減版可比標準版（full size）的價格更低。
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