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 embedded 64-bit Mikrokontroller

64-bit Prozessoren für high-end Anwendungen

Seit einigen Jahren machen sich 64-bit Prozessoren oberhalb der populären 32-bitter breit. Zunächst in Serverfarmen, dann in Personal Computern, und inzwischen auch in Smartphones und Tablets werkeln diese leistungsfähigen Rechnerkerne.

64-Bit Prozessoren: Die Guten, die Schlechten und unsere Optionen

von Bernhard Kockoth

Nach oben schließen die 64-bit Embedded Prozessoren die Angebotspalette vieler Halbleiterhersteller ab, und da hat es seit Mitte der 10er Jahre eine wahre Explosion gegeben, mit ARM Cortex A5x, ARM Cortex A7x, Intel Atom, MIPS. Neue Varianten von 64-bit Prozessoren erscheinen fast täglich, und sie haben sich Plätze in Embedded Systemen vom Smartphone bis zur Industriellen Steuerung erobert. 64-bit hat Adressraum, Geschwindigkeit, und, am wichtigsten, eine gesunde Infrastruktur mit Entwicklungstools für Soft- und Hardware.

Was ist 64-bit?

Jeder, der einen Artikel über Prozessoren schreibt, wird nicht um die Definitionsfrage herum kommen. Was exakt ist nun ein 64-bit Mikroprozessor?

Es gibt zwei Trends, die unsere Aufmerksamkeit erwecken: Der erste existiert seit 1997, zumindest auf dem Papier, und besteht aus einem reduzierten Befehlssatz. Zwei konkrete Beispiele sind die MIPS Architecture und ARM.

RISC Instruktionen haben typischerweise eine fixe Bit-Breite (32 bits für ARM und MIPS). Zum Beispiel hat die klassische MIPS Architektur 32 General Purpose Register. Die meisten 64-bitter können in einen sehr leistungsfähigen 32-bit Mode umschalten, so daß bestehende Software binaries unverändert zum Einsatz kommen können, ein interessanter Punkt für zertifizierte Software.

Der zweite Trend ist analog zu einem Spiegel. So wie viele MCU Mikrokontroller mehr und mehr DSP Eigenschaften wie Befehle zur Signalverarbeitung bekommen haben, werden DSPs mehr wie Mikrokontroller.

Warum 64 bits?

Bei so vielen 32-bit Prozessoren, warum sollte ein Entwickler eine 64-bit MCU auswählen, an Stelle von 32-bit?

In der Vergangenheit hatten 64-bit Prozessoren mit höheren Taktgeschwindigkeit und breiteren Datenbussen einen Leistungsvorteil gegenüber 32-bit Bausteinen. Ein wichtiger und offensichtlicher Grund der Wahl eines 64-bit Bausteins ist die Breite der Datenströme in der Endanwendung.

Komplexität der Anwendung ist ein anderer Faktor in der Prozessorwahl. ‘Einfache’ Applikationen, die für 32-bit Prozessoren geeignet sind, werden manchmal noch ‘close to the metal’ ausgeführt, soll heißen, ohne die Laufzeitunterstützung eines Kernel oder (Echtzeit-)Betriebssystem (RT)OS. Anwendungen, die ein vollwertiges modernes OS benötigen, passen besser zu 64-bit Prozessoren, wo große Address- und Registerbereiche notwendigen Platz für ein Betriebssystem bieten.

Ein weiterer Grund für die Auswahl eines 64-bit Prozessors ist ein Begriff, den Sie nicht oft in der Embedded System Welt hören: ‘legacy code’ - Vererbte Software. Vielfach, und vor allem bei langjährigen Projekten, wie zum Beispiel in der Aeronautik oder beim Militär, wird Code über mehrere Generationen Hardware hinweg vererbt, bevor die Spezifikation der Endanwendung sich stabilisiert und das System als Produkt implementiert wird.

Die Zeit steht nicht still

Unabhängig der Verlockungen von Seiten der 32-bit Prozessoren, kann ihr embedded Werkzeugkasten in Zukunft von 64-Bit profitieren.

Neue Horizonte - von 32 auf 64-bit in 2 Wochen?!

Sie stellen ein Produkt her, in dem seit vielen Jahren ein Microcontroller, Microprozessor, DSP eingebaut ist? Die internationale Wettbewerbssituation verlangt von Ihrem Produkt zum einen ständige Innovation und steigenden Mehrwert für den Endnutzer, auf der anderen Seite ständig fallende Preise. Mit den bekannten Mitteln, 8- und 16-bit Prozessoren, einen Ausweg aus der Sackgasse zu finden, ist selten einfach.

Im 21sten Jahrhundert allerdings ist die Hardware - der Prozessor oder Controller - in vielen System nicht mal mehr die halbe Miete, denn immer mehr Entwicklungsaufwand und muss in die Software gesteckt werden. Denn bei immer gleicher werdender Hardware - es gibt meist eine Handvoll Anbieter, die in die engere Wahl bei der Auswahl kommen - ist es die Software, die Ihr Produkt von denen der Mitbewerber unterscheidet.

Während bei Mechanik und Elektronik die qualitätsfördernden Prozesse schon seit Jahren gut eingeführt sind, und messbare Verbesserungen erzielt werden, ist dies bei der Software in auch großen Firmen oft noch ein Problemfeld.

Zwar ist die wilde Assembler-Programmierung selbst bei einfachen 8-bit Prozessoren auf dem Rückzug, aber auch standard ANSI-C wird vielen Ansprüchen nicht mehr gerecht. Effiziente Softwarearchitektur, mit Blick auf Skalierbarkeit und Sicherheit, verlangt oft nach C++, Java, und anderen mächtigen Sprachen, um Ihre Anwendung zukunftssicher zu implementieren. Diese mächtigen Sprachen oder allein die Komplexität der Endanwendung verlangen nach 32-Prozessoren, bei denen sich heutzutage das Optimum der Leistungsfähigkeit bei zunehmend geringerem Preis findet.

Wie nun zu neuen Ufern streben? Die schnelle Integration von Ihrer anwendungsbezogenen Software für Ihr Produkt auf eine neue Hardware wird mehr und mehr zum Flaschenhals, je öfter diese Hardware gewechselt wird, oder je unflexibler Ihr Software-System aufgebaut ist. Auf einen speziellen 8- oder 16-bit Controller von-Hand-optimierte Software auf den nächsten Level zu hieven, ist keine einfache Aufgabe, bei der auch die vollmundigen Migrationsversprechungen der Halbleiterhersteller wenig helfen. Sei der alte Code nun in Assembler oder C geschrieben, meist gibt es auf dem neuen Zielsystem ein Betriebssystem mit Fähigkeiten, für die die alte Lösung wenig Verwendung hatte.

Bitte senden Sie uns Ihre Fragen zu Embedded Systemen: info@embeddedexpert.com

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