中国仪控产业蕴含巨大商机 ADI DSP助跑本土军团

　　虽然在风头上，仪器仪表及工业自动控制（简称仪控）产业似乎不如3G、新潮有趣的消费电子等话题那样抓人眼球、受媒体热捧，但通过以下一些数据，我们就可以看到，该产业在中国同样蕴藏着巨大的市场机会，并且在产品的功能和技术特性要求方面随着需求的变化呈现出新的特点。
　
　　众所周知，中国政府正在逐步落实的4万亿投资计划中，很大一部分是关于加大基础设施建设投入的政策，其中重点包括电力、铁路、机场、城市地铁等系统的建设。例如，国家电网和南方电网分别公布了上调2009、2010两年投资额度的规划。总体来看，预计两大电网公司在明后两年全国范围内年电网投资额度将达到4650亿元，比原规划的3350亿元上调了38％，这将为输、配电设备、保护设备及其它电力自动化设备市场注入活力。而建设高速铁路需要现代化的路网指挥系统、现代化的高速机车、铁轨监测和养护系统，这些都给各种自动化信息处理、机车控制系统和测量测试设备带来广阔的市场空间。
　
　　另外，在此巨额投资计划中，毫无疑问，环境治理和节能减排将是其中受惠最大的领域之一，从而将推动中国能源、化工等产业进行结构调整，这对应用于这些产业的各种各样自动化设备产生了大量需求，对诸如环境监测分析仪器等各类专业仪器仪表的需求也是很大的推动力量。
　
　　而赛迪顾问（CCID）的研究数据表明，近几年“随着经济快速发展，中国仪控产业的年增长率连续四年超过20％。”按照CCID的划分，中国仪器仪表产业包含四块：工业自动化仪表与控制系统（IAICS）；科学测试仪器；专业仪器仪表；以及一般仪器仪表。其中，由于中国正处在工业化的关键阶段，对自动化仪表与控制系统有很大的需求，成长迅速。另一个增长点是专业的仪器仪表，其中环境监测分析仪器增长最快；其他产品如光学仪器、测试机器、地质勘探及地震仪器仪表、教学仪器等则保持稳步增长。
　
　　更高要求的设计需求

　　上述产业升级、技术更新和国家节能工程的实施等对仪器仪表及工业自动控制设备的开发提出了以下一些更高的要求，即：
　　- 所用芯片方案和系统设计必须事先高效节能
　　- 可实现精确高速控制和测量
　　- 具有更强的通讯能力
　　- 所用方案能实现简化设计
　　- 稳定可靠地工作
　
　　作为广泛应用于仪控设备中的一种核心处理平台，DSP自然也要顺应这些设计趋势和更高的要求。ADI公司针对测试测量及工业控制应用的多种DSP方案就很好地贴合了上述设计需求，其中包括近十年来半导体行业最耀眼的设计巨作并且树立了行业新标杆的通用DSP——Blackfin系列和业界最稳定的浮点DSP—SHARC系列。
　
　　Blackfin处理器代表了一种新型32位嵌入式处理器，它非常适合结合复杂任务调度和高性能数字信号处理的应用——所以我们也可以把它称为汇聚处理器。例如Blackfin处理器可以进行复杂的运动控制或测试测量，同时还支持多模式通信及系统任务调度。正是这种软件灵活性和可扩展性的独特结合为Blackfin处理器赢得了汇聚应用领域广泛的适应性。
　
　　SHARC处理器占据浮点数字信号处理器市场的主要份额，其高性能的内核具有卓越I/O吞吐率和优异的存储器性能。以每美元319 MFLOPS 起价，SHARC系列处理器为对要求广动态范围的应用（例如工业和仪器仪表、医用产品）提供浮点处理的低成本解决方案。 [page]
　
　　中国的应用实例

　　ADI DSP以其优异的综合性能和电磁兼容性受到业界广泛好评，具有可靠性高、低功耗的特点，并带有丰富的接口，且温度范围宽。它们正在为诸多测试测量及工业控制应用系统提供核心动力，包括测试测量仪器、数据采集、监测系统、运动控制、电力线保护设备、智能电表、铁路及轨道运输系统等。

图1：南瑞继保选用SHARC和Blackfin开发PLM(电力线监控)设备。
　

　　ADI在中国也展开了广泛合作，并将测试测量和控制设备领域作为其DSP的重要战略目标之一。例如，ADI与南京南瑞继保电气有限公司有着多年的合作，十年前，南瑞继保开始使用ADI公司的218x系列16位定点数字信号处理器。随着多种基于Blackfin与SHARC处理器的成功产品取代了基于微处理器与微控制器的设计，信号处理架构在该公司产品开发中的应用不断扩展。结果，该公司目前的大多数新产品设计都基于ADI公司的数字信号处理器。图1所示为其中一个合作项目——PLM(电力线监控)设备的例子，这类设备采用了ADI 的Blackfin和SHARC系列DSP。南瑞采用Blackfin和SHARC的原因是它们提供了对电力网故障和瞬变事件的检测和响应能力，这里DSP的性能与可靠性是他们最重要的考量因素。
　
　　而在测试测量领域，ADI DSP也在帮助本土厂商从占据低端产品主导地位向提高技术含量、推出更多中高端设备产品迈进。例如，中国的数字存储示波器（DSO）、信号发生器、频谱分析仪和逻辑分析仪制造商普源精电公司为其整个产品系列寻求足够通用和功能足够强大的信号处理平台时，就转向了ADI Blackfin处理器。

　　普源精电选择ADI Blackfin处理器的一个原因是Blackfin本身就具有采用统一架构的微控制器(MCU)和信号处理功能，这样就不再需要单独的数字信号和控制处理器。由于Blackfin能够以较低成本提供前所未有的处理能力，因此其性价比是吸引中国客户的另一个重要因素。 [page]
　
　　普源精电制造的完整DSO产品线包含两个产品系列：DS5000C和DS50000M以及DS3000B和DS3000M，这些产品均有彩色和单色显示器可供选择，并且都附带各种其它特性以满足客户的个别要求。示波器的差异化参数包括带宽、时基(设定绘制痕迹线的速度，并以每格的秒数对其进行校准)、采样率和通道数(允许显示一路以上的输入信号)、存储容量、触发类型(来自外部源的脉冲、视频或边沿触发)以及许多其它变量。

                                             图2：采用Blackfin的数字存储示波器（DSO）系统框图。

　　普源精电公司还生产一整套虚拟仪器产品线。这些虚拟仪器包括：带频谱分析仪的示波器，它采用了快速傅利叶变换(FFT)，以及将波形转换成其频谱分量的数学处理；同时具有频谱分析仪和逻辑分析仪的示波器；附带频谱分析仪和电池的便携式示波器；第一款将与信号发生器整合在一起的DSO，它可以产生交流电，可用来测试或测量电路。
　
　　以上两个产品线均采用了Blackfin ADSP-BF531处理器作为核心处理器平台。Blackfin处理器系列的优势在于，它是为了满足像普源精电产品这样的工业/仪器仪表和通信应用的计算要求和功耗限制而专门设计的。Blackfin处理器将突破性的信号处理性能和功效与RISC编程模型结合在一起，可以在同一处理器上的硬实时信号处理任务与系统控制任务之间灵活地分配资源。Blackfin处理器的可编程特性使普源精电的工程师能方便地　修改其基于Blackfin的硬件平台，从而以满足各种客户需求的价位创建整个产品系列。
　
　　普源精电公司还发现，Blackfin丰富的外设使得该公司能够实现小尺寸、低成本的产品。BF531处理器包含通过几个高带宽总线连接至内核的外设，从而提供了系统配置的灵活性以及出色系统总体性能。通用外设包含诸如UART、具有脉宽调制(PWM)和脉冲测量功能的定时器、通用标志I/O引脚、实时时钟以及看门狗定时器。此外，该处理器还具备用来连接至各种音频、视频和调制解调器编解码器功能的高速串行和并行接口，和用来灵活管理来自片上外设或者外部源的中断信号的中断控制器，以及用来适应许多应用要求的处理器和系统的性能和功耗指标的电源管理控制功能。
　
　　Blackfin功能特性的灵活性已经极大地改变了普源精电的产品线，在ADI的其它Blackfin系列处理器的帮助下，该公司计划垂直扩展其产品系列，从而以各种价位向其客户提供更多选择。 [page]
　
　　完善的服务和技术支持帮助缩短上市时间

　　使产品快速上市几乎是所有厂商追求的目标。除了Blackfin和SHARC的特性使厂商能够方便地建立整个系统，节省开发时间之外，ADI公司提供的服务和技术支持体系也非常完善，这也对缩短上市时间起了很大作用。
　
　　ADI在中国不断努力营造一个优良的“生态系统”，即由ADI及其合作伙伴构成网络，为客户提供相关的软件、工具、参考设计、教育培训等支持。对于测试测量和工业控制应用，除了不断扩大公司自己的本地技术支持工程师团队，ADI还联合了很多第三方合作伙伴，其中包括很多本地优秀技术提供商，如北京亿旗创新、东方迪码、深圳市英蓓特、华恒科技、长沙新竹等，他们不断推出低价位、更方便使用、支持更便利的本地开发工具和系统方案。
　
　　主攻教学仪器、安防系统、消费电子、工业控制系统方案的亿旗创新不仅推出了多款ADI DSP开发板和工业类应用方案，还协助ADI举办各类企业用户培训课程；东方迪码也推出了囊括全系列ADI DSP的开发板、仿真器、扩展子卡、算法，同时也可提供ADI DSP的咨询与培训服务；华恒科技也推出了基于多款Blackfin的嵌入式Linux评估板、入门学习板；英蓓特公司基于VisualDSP++集成环境，结合自己独特的嵌入式开发调试技术，成功推出了Emlink Blackfin仿真器，支持Blackfin全系列产品；长沙新竹则开发出了基于AD73360+BlackFin的高端多功能三相电表方案，采用该方案可以使用过采样提高精度，使用高速采样提高谐波精度，并可获得高稳定的校表输出，以及对被测量参数作细微补偿。