|
我們心目中，處理器顯然是嵌入式系統(tǒng)的核心。但有人不這樣認為。 Altium 技術(shù)編輯Marcelle Douglas近日撰文，說以處理器為中心的時代過去了。雖只是一家之言，也不妨看看。全文如下： -------------------------------- 傳統(tǒng)方案中的處理器 將處理器視為嵌入式系統(tǒng)的核心再自然不過了。由于性能與外設(shè)可以決定成品所能實現(xiàn)的整體功能，因此不難理解為什么這種見解會主宰大多數(shù)項目設(shè)計。但是，這種想法并非十全十美，而且可能在當前市場狀況與趨勢面前很快就會變得過時。 將處理器放置在這樣一個中心位置上，就意味著必須在一切開始之前做出正確的選擇并且要在整個設(shè)計過程中從一而終。這種情況會使所有未來決定和物理設(shè)計部分緊密相連。另外，這還意味著預(yù)先確定了某一固定的實施路徑。這樣就產(chǎn)生了一個缺乏靈活性并在后期不便進行必要更改的平臺。當出現(xiàn)新的、無法預(yù)見的市場情況時，這從設(shè)計角度來看無疑存在重重風險。 新一代 IC 的開發(fā)在當前經(jīng)濟困境中已經(jīng)是步履維艱。對于嵌入式設(shè)計而言，如果受制于以后無法更改或無法升級的架構(gòu)，那么毫不夸張地說可能會使項目陷入困境。傳統(tǒng)方法是將硬件平臺的開發(fā)放在第一位，然后內(nèi)置并鎖定軟成分；這就導(dǎo)致了將產(chǎn)品上市進程視為重要的產(chǎn)品差異化要素的安全錯覺。然而現(xiàn)實是，產(chǎn)品與眾不同的價值（如：設(shè)備智能性或‘IP’）會牢牢受制于僵化的平臺上。這種情況下，它會成為最難以更改而且更改起來成本最高的設(shè)計元素。因此，單純依賴這種方法會排除其它最需要的不同選擇。 依賴逐步、分階段遞增升級的設(shè)計原理很可能會很快被具有更高設(shè)計靈活性、可幫助公司在市場變革中制勝的技術(shù)所取代。它們很可能是能夠提供更多選擇的解決方案，因為這些解決方案側(cè)重于易于更改的更高級系統(tǒng)抽象技術(shù)上，與單純依賴選擇處理器的方法相比風險更低。只要看看最近的行業(yè)趨勢，大家就能夠想象關(guān)注更高級抽象會是什么樣子。 擺脫以處理器為中心的軟化設(shè)計 風頭正勁的趨勢是向處理器與架構(gòu)級軟設(shè)計的發(fā)展。隨著硬件與軟件之間的界限不斷融合，設(shè)計不再單純依賴硬件。硬件技術(shù)本身的發(fā)展也在為這種趨勢推波助瀾。 低成本、高容量 FPGA 具有改變我們設(shè)計方式的潛力，它可將以前作為物理硬件構(gòu)造到器件中的組件轉(zhuǎn)變成可編程的組件。電子產(chǎn)品開發(fā)過程中對‘軟設(shè)計’的這種關(guān)注具有豐富的含義，不但可將器件智能性從編入的物理硬件中分離出來，而且還可避免長久以來一直與依賴硬件的解決方案密不可分的缺陷，如：很難在開發(fā)后期進行修改。 作為采用軟處理器的嵌入式平臺，F(xiàn)PGA 正在快速成為多功能、可重構(gòu)硬件平臺的基礎(chǔ)。由于其功能的不斷提高以及預(yù)算的不斷降低，它們變的越來越受歡迎。擴展架構(gòu)平臺的軟設(shè)計不但包括增加以前由硬件擔任的功能，而且還包括處理器。通過將盡可能多的硬件引入可編程領(lǐng)域，可以研究在不增加設(shè)計時間情況下允許進行反復(fù)試驗嘗試假設(shè)的種種條件。由于可對概念進行立即驗證，這樣可使工程師能夠清楚地了解并且親眼看到他們所開發(fā)的產(chǎn)品，并以此作為他們設(shè)計思路的實物見證，這樣可以使他們嘗試不同的即能夠降低成本又不必拘泥與任何特定的執(zhí)行方式。 另一個優(yōu)勢是軟件設(shè)計可以在硬件平臺設(shè)計之前進行，軟件設(shè)計一直可以持續(xù)到完成硬件設(shè)計之后、甚至可以持續(xù)到交付給客戶之后。軟設(shè)計系統(tǒng)中編程的知識產(chǎn)權(quán)將很快成為最有價值的設(shè)計組成部分，并將持續(xù)改進。它將帶來架構(gòu)的高度靈活性以及適用性更強的更小型電路板，為大型企業(yè)帶來在當前具有重大意義的巨大優(yōu)勢。設(shè)計人員可以在無需更改其設(shè)計而且不受任何約束的條件下，對比不同 FPGA 的性能優(yōu)勢，以做出取舍。 有趣的是，電子系統(tǒng)以軟件為中心的方法的意義甚至超出了軟件本身。只要將這種想法稍微深入一點，我們就可清楚地了解到，不但軟件可以升級，而且硬件也可以升級，并且可以在交付給客戶之后進行升級。 擺脫硬件桎梏 通過可編程的方式將IP植入系統(tǒng)，而不是固化到生產(chǎn)板上的方式將給嵌入式的設(shè)計帶來巨大優(yōu)勢。由于內(nèi)置了一定的可編程性，我們可將系統(tǒng)的許多復(fù)雜之處轉(zhuǎn)移到駐留于處理器的軟件層。這種本質(zhì)上是一種硬件包裝的軟件層能夠充當可配置的硬件——用作存儲器與外設(shè)的處理器接口。 在理想的設(shè)計環(huán)境中，此軟件層可將匹配軟件編譯程序與預(yù)驗證嵌入式 IP 庫進行完美結(jié)合。這樣可創(chuàng)建一種具有‘廠商中立性’的嵌入式開發(fā)系統(tǒng)，直接與原理圖設(shè)計 (design capture) 及電路板開發(fā)階段關(guān)聯(lián)在一起。 旨在修改硬件包 (hardware wrapper) 的簡單 FPGA 重新編程使工程師能夠更換處理器，而無需修改系統(tǒng)硬件的其它部分。這種方法的明顯優(yōu)勢是使系統(tǒng)從一個處理器起步，然后在性能需求時可升級到更快的器件。現(xiàn)在我們可以獨立于硬件平臺開發(fā)由可編程硬件與嵌入式軟件組成的關(guān)鍵軟 IP，從而擺脫由于必須首先開發(fā)物理硬件而帶來的傳統(tǒng)技術(shù)難題。 因為現(xiàn)在低層次的設(shè)計問題可以由設(shè)計系統(tǒng)本身來解決，因此我們可以將設(shè)計注意力轉(zhuǎn)移到利用高級采集接口來開發(fā)設(shè)計的核心功能元素。甚至 HDL 輸入也可以讓位于可提高設(shè)計抽象水平的更簡單嵌入式原理圖設(shè)計，如：C。軟硬件工程師無需重新培訓(xùn)便可一下子掌握以前完全依賴處理器與硬件專家的設(shè)計流程。 采用上述方法可以提高項目修改與效率方面的優(yōu)勢，因為重點不再是選擇處理器和管理與其相關(guān)的所有低級的細節(jié)因素。與諸如電路板設(shè)計等傳統(tǒng)設(shè)計方法與生俱來的復(fù)雜性得到適當?shù)慕档停蛊渥兊酶子诠芾恚O(shè)計焦點再次轉(zhuǎn)向產(chǎn)品差異化與創(chuàng)新，而不必關(guān)心單純的‘生存要素’！將精力與資源轉(zhuǎn)移到存在真正價值的更高級設(shè)計活動。 軟件與硬件的完美融合將成為最新統(tǒng)一設(shè)計領(lǐng)域的內(nèi)在組成部分。所需要的一切就是支持能夠充分利用大型可編程器件的單個、統(tǒng)一設(shè)計方案的設(shè)計環(huán)境。 能夠創(chuàng)造價值的工具與技術(shù) 要實現(xiàn)設(shè)計功能與處理器的分離需要一種硬件不再是基本因素的設(shè)計平臺。理想情況下所有設(shè)計區(qū)域都應(yīng)當以單個的統(tǒng)一流程出現(xiàn)。然后可以存在真正的跨區(qū)域設(shè)計合作，因為處理器與軟件之間的障礙已經(jīng)消失。這樣便可大幅簡化設(shè)計要素在軟件與硬件之間轉(zhuǎn)移的任務(wù)。 勿庸置疑，在眾多選擇中不斷探索就會創(chuàng)造出為開發(fā)過程的關(guān)鍵實施、調(diào)試和升級階段內(nèi)置可重新配置硬件平臺的設(shè)計環(huán)境，我們可以在其中自由嘗試供應(yīng)商的各種器件并在軟件內(nèi)外更換 I/O 硬件。適用于電子產(chǎn)品設(shè)計各個方面的所有必要工具將包括：與處理器無關(guān)的嵌入式編碼與調(diào)試、混合原理圖與基于 HDL 的 FPGA 設(shè)計與合成、以及全面的 PCB 布局。軟件工程師只需具備硬件基礎(chǔ)知識即可使用這種環(huán)境，而硬件工程師則可將精力集中在設(shè)計獨特的設(shè)計元件上，并將其原型化，因為軟件與硬件都能夠進行升級。 通過將抽象提高到超過處理器的水平來簡化設(shè)計工藝的策略，是向靈活性更高的嵌入式設(shè)計解決方案發(fā)展的可行道路。在經(jīng)濟困境面前，日益復(fù)雜化的行業(yè)正面臨著前所未有的思想破舊立新壓力。處理器的選擇在任何時候都很重要。然而，現(xiàn)在是我們需要做出重大設(shè)計決策，并利用大勢所趨的統(tǒng)一設(shè)計流程實現(xiàn)更大的創(chuàng)新的時候了！ 作者：Marcelle Douglas， 現(xiàn)任 Altium 技術(shù)編輯，她畢業(yè)于加州圣地亞哥國立大學 (National University, San Diego, Calif)，獲計算機碩士學位。在電子設(shè)計與軟件工程領(lǐng)域，Marcelle Douglas 擁有超過 13 年的豐富經(jīng)驗。 |
