Staffan Törning på NEC Computers håller med om att problemet att lösa motsättningen mellan längre batterilivslängd och högre prestanda är det som främst driver utvecklingen av processorer för inbyggda system idag.

- Vi håller på att ge oss in på PDA-marknaden med en helt ny produkt som kommer att presenteras i november, och i det projektet försöker vi få fram det bästa ur de två världarna, säger Staffan Törning.

Vilken processor som ska ingå i PDA:n vill han inte svara på, av den enkla anledningen att utvärderingen av vilken processor som ska användas ännu inte är färdig. Men det finns att välja på, och då pratar vi inte bara NEC-processorer. I dagarna släpper Motorola MC9328MX1, eller Dragonball MX1, som är femte generationens Dragonball-processor.

MX1 är den första Dragonball-processorn som bygger på en Arm-kärna, nämligen Arm920T. Det är en 32-bitars risc-kärna som bygger på sin föregångare Arm9TDMI, men som har försetts med ett cache-minne för instruktioner på 16 Kbyte och ett för data som också det ligger på 16 Kbyte.

Statisk konstruktion spar batteri

Det är effektiviteten hos Arm920T kombinerat med Dragonball-arkitekturens statiska konstruktion som ger systemen ökad batterilivslängd. Den statiska konstruktionen möjliggör dynamisk klockhastighet, så att man kan välja den klockfrekvens som behövs vid varje tillfälle, och därmed optimera effektförbrukningen. Detta är inte genomförbart vid dynamisk konstruktion, eftersom man då har en viss minimifrekvens att ta hänsyn till.

En dynamisk konstruktion består av minnesceller som i princip är kondensatorer som måste hållas vid liv med regelbunden återhämtning (refresh). Det gör å ena sidan minnescellerna mindre, men å andra sidan krävs det speciell återhämtningslogik.

En statisk konstruktion består av minnesceller som i princip är som vippor, som håller det ena eller andra läget. Det gör dem å ena sidan större, men å andra sidan kan de i princip arbeta med steglös dynamisk klockfrekvens från noll och uppåt.

I en mikrodatorkonstruktion används nästan uteslutande statiska konstruktioner. Då kan man koppla bort enheter som inte används vid vissa instruktioner, man kan bestämma klockfrekvensen efter behov och förändra den under resans gång.

Amerikanska Intel satsar också på att optimera arbetsfrekvensen under drift, så att processorn drar så lite ström som möjligt. Satsningen heter Xscale och är den drygt ettåriga uppföljaren till Strongarm-arkitekturen. Första generationen Xscale är tillverkad i Intels 0,18 µm-teknik, till skillnad från Strongarm som tillverkades i en 0,35 µm-teknik från Digital.

Med Xscale är det exempelvis möjligt att avkoda och köra videosnuttar i Mpeg-format genom att tillfälligt öka arbetsfrekvensen. även Xscale har en elektroniskt sett helt statisk konstruktion, med steglös dynamisk klockfrekvens från 0 till 1 GHz.

- Vissa tillämpningar behöver kanske inte ställa arbetsfrekvensen dynamiskt. Ibland kan det räcka med ett antal olika frekvenssteg, säger Christer Pellfolk på Intel.

Motorola inte imponerat

På Motorola är man inte särskilt imponerade av Intels satsning på dynamisk klockfrekvens.

- Det här är självklart viktigt för Intel för att de ska komma ikapp. De har varit pc-drivna så länge, och deras produkter är högeffektsprocessorer. Vi som kommer från inbyggnadssidan från början har haft standby-mode och sådant länge, säger Bo-Göran Ericsson på Motorola.

även Hitachi anser att det finns landvinningar kvar att göra när det gäller att utveckla strömsnåla inbyggnadsprocessorer.

- I somras släppte vi SH7018F, en ny flash-styrenhet baserad på SH2 med 32 bitars risc-kärna, säger Jan Zettergren på Hitachi.

SH7018F är det senaste tillskottet i processorfamiljen SuperH. Den är resultatet av ett samarbete mellan Hitachi och ST Microelectronics, som i våras resulterade i ett fristående, samägt bolag. Bolagets ambition är att göra Super H-arkitekturen till industristandard för digitala konsumentprodukter, bilelektronik och telekommunikation.

Super H-familjens 32-bitarsprocessorer levereras som färdiga kretsar såväl som i form av IP-block (intellectual property), alltså byggblock för inbyggnad i tillämpningsspecika kretsar.

Allt in på samma kisel

På den gamla goda tiden, för ett par år sedan, bestod ett inbyggt system av en processor som körde ett operativsystem för att hantera systemresurser. Så enkelt är det inte längre. System som tidigare använde sig av analoga komponenter bygger nu på en kombination av mikroprocessorer, DSPer och skräddarsydda processorer.

Det är system-på-kisel-plattformen som avgör inbyggnadsprocessorns värde. Dessa plattformar måste dessutom vara flexibla nog att klara allt från motorstyrning i fordonselektroniska system, till digital-tv-mottagare och nätverksutrustning.

En anledning så god som någon till att processorer och kringkretsar i ökande grad integreras på samma kisel är att det helt enkelt blivit möjligt. Det räcker med mindre än sju kvadratmillimeter kisel för att bygga en system-på-kisel-konstruktion bestående av en processorkärna, minne på 192 Kbyte och gränssnitt för hjälpprocessor och andra externa enheter.

Lagom till Embedded Processor Forum i San José i somras visade Infineon Technologies upp en ny generation av sin 32-bitars mikroprocessor Tricore. Den nya versionen heter Tricore 2, och ska vara bakåtkompatibel med system byggda på tidigare versioner av arkitekturen.

Infineon kallar Tricore för en enhetsprocessor (Unified Processor), eftersom den har en kärna som består av tre olika delar. Det är en styrenhet, en processor och en signalprocessor i ett.

Tricore är stommen i Infineons system-på-kisel-satsning. Processorn är superskalär och har pipelines med sex steg, och den kan klockas med 600 MHz i system-på-kisel tillverkade med 0,13 µm-teknik. Tricore 2 ska ha en prestanda på 900 mips vid en klockfrekvens på 600 MHz, och ska finnas tillgänglig för konstruktörer i början av nästa år.

Ett problem som uppstår när man ska integrera processorer och kringkretsar på samma kisel är hur man ska testa det färdiga chipset.

- Ju mer man integrerar desto svårare är det att testa, kommenterar Christer Pellfolk på Intel.

- Men med en vettig konstruktion och ett standardiserat testgränssnitt, som exempelvis JTAG, kan man komma långt. Många av de intelligentare konstruktionerna kan testa sig själva.