設(shè)計嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)總是很困難的。具有不斷提高的性能水平和更小包裝的創(chuàng)新技術(shù)每天都面臨著新的障礙。幸運的是，供應(yīng)商正在通過推廣面向平臺的架構(gòu) （POA） 的概念來簡化設(shè)計，它提供了一種向上移動供應(yīng)鏈并使設(shè)計和集成工作更加順利的方式。正如政客們使用他們的平臺來啟動他們的計劃一樣，POA 為嵌入式設(shè)備提供了一個跳板。所以問題是，在開始你的下一個項目之前，你應(yīng)該對平臺有什么了解？

POA 定義

面向平臺的架構(gòu)的定義從軟件到芯片到電路板到系統(tǒng)略有不同，但概念保持不變。它是一個有界和集成的組件套件，由軟件和硬件之一或兩者組成，經(jīng)過優(yōu)化，可以進(jìn)一步集成到特定應(yīng)用的最終產(chǎn)品中。高級平臺結(jié)合了硬件和相關(guān)軟件，旨在作為許多不同系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)。許多其他設(shè)備，例如片上系統(tǒng) （SoC）、特定應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品 （ASSP）、SBC 和各種組合的系統(tǒng)，現(xiàn)在都被視為平臺。

“終極面向平臺的架構(gòu)是 FPGA，因為你可以用它做任何事情，”Certicom 產(chǎn)品管理高級總監(jiān) Craig Rawlings 斷言。??ú 做一些普遍的事情的想法是一個白日夢。但是，如果我們將問題綁定起來，那么它就很有意義，您可以通過簡化許多選項的方式來確定范圍，并節(jié)省研發(fā)和制造費用。

平臺是如何演變的

在電子產(chǎn)品的早期，設(shè)備通常是為特定目標(biāo)定制設(shè)計的。硬件和軟件都是從零開始設(shè)計的，并且需要很長時間才能開發(fā)出來。隨著市場的成熟，供應(yīng)商開始預(yù)測開發(fā)商的需求，但他們這樣做的方式很隨意。他們試圖最大限度地擴(kuò)大市場覆蓋率并設(shè)計為盡可能多的用戶服務(wù)的產(chǎn)品。通用處理器、計算機(jī)板和實時操作系統(tǒng) （RTOS） 應(yīng)運而生。開發(fā)人員必須強(qiáng)制安裝或調(diào)整組件以滿足其特定的應(yīng)用程序要求。

從 Rawlings 的角度來看，第一個 POA 實際上是一個 CPU，因為它是可編程的。你可以用它做任何事情。但微控制器是最早正式接受平臺概念的人之一。供應(yīng)商會將核心處理器與各種內(nèi)存和 I/O 配置打包在一起，以針對特定的控制器應(yīng)用，例如工業(yè)控制或醫(yī)療設(shè)備。

Rawlings 推測系統(tǒng)架構(gòu)師介入并說，“讓我們”不構(gòu)建一個試圖成為每個人的一切的架構(gòu)?！啊彼麄兲嶙h為 PDA 或移動電話構(gòu)建一個平臺，“”具有綁定功能的更具體的東西已知要求。設(shè)計人員無需構(gòu)建三個芯片或電路板，而是可以構(gòu)建一個具有可選擇模式的芯片或電路板，這些模式可以關(guān)閉和打開。

最終，供應(yīng)商開始與市場上的其他公司結(jié)成聯(lián)盟，為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員提供更完整的解決方案。早期的嘗試是覆蓋盡可能多的設(shè)計基礎(chǔ)的松散聯(lián)盟或生態(tài)系統(tǒng)。這使開發(fā)人員更容易獲得所有正確的部分，但它仍然是產(chǎn)品完成的漫長道路。設(shè)計師不得不聯(lián)系多個來源并與之合作，缺乏完全兼容甚至可用的保證。

這些聯(lián)盟和生態(tài)系統(tǒng)隨著時間的推移而演變。在許多情況下，這些技術(shù)組合成一個包，使開發(fā)路徑更加順暢和高效。供應(yīng)商開始談?wù)撏ㄟ^提供更完整和集成的解決方案來提升供應(yīng)鏈。隨著電子硬件和軟件供應(yīng)商開始針對特定的應(yīng)用領(lǐng)域，這種策略變得更加有效。集成了各種硬件和軟件組件，平臺概念停滯不前。

隨著時間的推移，PC 成為占主導(dǎo)地位的通用平臺。然而，許多嵌入式應(yīng)用程序無法使用 PC 平臺，因為它們具有尺寸、重量和功率限制，使得使用 PC 變得不切實際。這個問題導(dǎo)致了解決嵌入式應(yīng)用程序特定需求的平臺的開發(fā)。定義和開發(fā)了特定于市場應(yīng)用程序的功能，從移動設(shè)備到通信基礎(chǔ)設(shè)施。

平臺組件

在許多方面，POA 就像俄羅斯套娃一樣，它們可以從 IP 層開始嵌套，一直到打包的系統(tǒng)級別（參見圖 1 中的插圖）。隨著集成變得更加復(fù)雜，每層都包含附加功能和價值。IP被封裝到一個平臺中，可以更容易地集成到芯片組中；芯片組被封裝到使電路板設(shè)計更容易的設(shè)備中；板被封裝到平臺中，使系統(tǒng)集成更容易；系統(tǒng)的打包方式可以更容易地增加最終的價值層。

芯片、電路板和系統(tǒng)

硬件平臺包括適用于某些應(yīng)用程序的處理元件、內(nèi)存和用戶 I/O。SoC 通常針對特定應(yīng)用，根據(jù)定義使其成為入門級平臺。ASSP 專為非常有針對性的應(yīng)用程序而設(shè)計，因此被視為平臺。添加一些特定的軟件來支持硬件，您將獲得一個更加強(qiáng)大和完整的平臺。半導(dǎo)體供應(yīng)商通常會采取下一步行動，開發(fā)參考設(shè)計，其中不僅包括處理器，還包括可加快產(chǎn)品在最終設(shè)計中使用的制造板和軟件包。

Xilinx 最近推出的 Spartan-6 和 Virtex-6 產(chǎn)品中突出提到了平臺?！拔覀冋谶_(dá)到一個臨界點，F(xiàn)PGA 成為電子制造商的主流芯片平臺，這些電子制造商需要定制以使其產(chǎn)品與眾不同，但面臨著令人難以置信的 ASIC 開發(fā)成本，”Xilinx 總裁兼首席執(zhí)行官 Moshe Gavrielov 評論道?！暗牵瑸榱俗尶蛻粼黾訉?FPGA 的采用，我們必須提供一個全面的設(shè)計環(huán)境，使全球設(shè)計團(tuán)隊能夠解決“可編程命令”，并在這些充滿挑戰(zhàn)的經(jīng)濟(jì)和商業(yè)條件下更快地交付產(chǎn)品。

Xilinx 目標(biāo)設(shè)計平臺戰(zhàn)略包含五個關(guān)鍵要素的集成：

新的 Xilinx Virtex-6 和 Spartan-6 FPGA

支持和集成經(jīng)過行業(yè)驗證的方法的設(shè)計環(huán)境

采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) FPGA 夾層連接器的可擴(kuò)展板和套件

可插接式 IP 核

強(qiáng)大的參考設(shè)計

這些元素在最近的另一款產(chǎn)品首次亮相中被強(qiáng)調(diào)為重要特征。CEVA HD-Audio 解決方案由軟件開發(fā)套件 （SDK） 提供支持，其中包括軟件開發(fā)工具、開發(fā)板、軟件系統(tǒng)驅(qū)動程序和 RTOS，以實現(xiàn)快速、輕松的系統(tǒng)開發(fā)和集成。CEVA-HD-Audio 由來自第三方開發(fā)社區(qū)的廣泛算法和應(yīng)用程序進(jìn)一步補(bǔ)充。

我們

操作系統(tǒng)平臺由一套集成的模塊組成：操作系統(tǒng)、固件和運行目標(biāo)設(shè)備的設(shè)備驅(qū)動程序、外圍設(shè)備、文件系統(tǒng)、庫、用于連接的通信協(xié)議和用戶應(yīng)用程序。操作系統(tǒng)供應(yīng)商已將附加軟件的集成層擴(kuò)展到其核心操作系統(tǒng)中，以整合大部分軟件，從而更容易專注于最終應(yīng)用程序。他們不斷改進(jìn) API，無需擔(dān)心行業(yè)內(nèi)所需的常規(guī)中間件。

工具

平臺策略也適用于開發(fā)工具。IBM Rational 的架構(gòu)和建模總監(jiān) Greg Sykes 指出，將工具打包到特定于某些細(xì)分市場的平臺中會受益匪淺。許多公司，如手機(jī)和汽車制造商，都有自己的程序管理和開發(fā)方法。制作符合熟悉外觀和感覺的平臺，并提供讓設(shè)計人員快速創(chuàng)建應(yīng)用程序所需模塊的工具，可以節(jié)省大量的實驗室時間。

使用平臺的好處

平臺解決了硬件和軟件組件選擇所涉及的問題，并減輕了集成和調(diào)試設(shè)計的挑戰(zhàn)，更不用說減少跟蹤開發(fā)完整產(chǎn)品所需的所有各種組件的麻煩。今天，供應(yīng)商傾向于專注于嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)所需的硬件或軟件方面。由于這種專業(yè)化，很難為最終設(shè)計找到剩余的組件。

其他供應(yīng)商通過將專用組件集成到平臺中來緩解這一挑戰(zhàn)。集成級別的范圍可以從簡單地提供參考（在這種情況下它可能不是真正的平臺解決方案）到完全集成和測試的配置。如果一切按計劃進(jìn)行，平臺集成度越高，最終產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性就越高。

根據(jù)風(fēng)河的說法，在設(shè)計和測試時考慮到平臺策略的開發(fā)工具可以為開發(fā)人員提供對整個平臺的可見性：應(yīng)用程序代碼、第三方庫和操作系統(tǒng)。開發(fā)人員可以在系統(tǒng)仍在運行時監(jiān)控變量、優(yōu)化性能并發(fā)現(xiàn)內(nèi)存問題。

“日益激烈的競爭以及充滿挑戰(zhàn)的經(jīng)濟(jì)條件進(jìn)一步要求組織實施創(chuàng)新服務(wù)，以降低成本并簡化運營，”IHL 集團(tuán)總裁 Greg Buzek 表示。??ú通過與外圍設(shè)備的即插即用連接，嵌入式操作系統(tǒng)（例如 Windows Embedded POSReady 2009）為零售商所需的系統(tǒng)組件和軟件提供了靈活性，使他們能夠降低擁有成本并提高前端的效率。??ù

有針對性的 POA 有助于使軟件和硬件設(shè)計人員能夠利用開放標(biāo)準(zhǔn)、通用設(shè)計方法、開發(fā)工具和運行時平臺。這使設(shè)計人員可以花費更少的時間來開發(fā)應(yīng)用程序基礎(chǔ)架構(gòu)，而將更多時間用于將差異化功能構(gòu)建到最終應(yīng)用程序中。

一體化

集成推動了平臺的許多其他優(yōu)勢，通過某種程度的即插即用支持，可以更輕松地添加和替換組件?！拔覀兊墓ぷ魇菍⑺羞@些東西整合在一起，并使其適用于特定的架構(gòu)，”MontaVista 營銷總監(jiān) Dan Cauchy 評論道。

??ú在某些情況下，我們自己編寫了很多這樣的東西 ??ì 例如，將 Mozilla 瀏覽器移植到 ARM。

Cauchy 提到，要在高質(zhì)量水平上實現(xiàn)集成需要員工多年的工作?！霸O(shè)備制造商告訴我們，這真的很有價值，因為他們從一個完整的解決方案開始，最重要的是，它得到了 MontaVista 的完全支持，”他說。

特性和常用接口

目標(biāo) POA 具有適合目標(biāo)應(yīng)用程序的一組功能和接口。這些選擇經(jīng)過深思熟慮，并通過了目標(biāo)行業(yè)的審查。供應(yīng)商需要了解他們的客戶市場才能做出正確的選擇。

操作系統(tǒng)平臺提供了一個通用的 API，最大限度地減少甚至消除了為硬件而煩惱的需要。程序員可以編寫更通用的接口，而不必?fù)?dān)心設(shè)備的細(xì)節(jié)。在硬件方面，提供了以太網(wǎng)、USB、CAN 等接口以及其他特定于應(yīng)用程序的選擇。

知識產(chǎn)權(quán)許可

隨著公司試圖更快地進(jìn)入市場，而其他公司試圖專業(yè)化，第三方 IP 的使用量猛增。這以許可的形式造成了巨大的障礙，管理和監(jiān)控可能非常復(fù)雜和昂貴。將 IP 管理的負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)嫁給平臺供應(yīng)商可以減輕這種痛苦。

存貨

POA 可以以許多積極的方式影響庫存。精心設(shè)計的平臺可以快速配置，以滿足多個客戶在自定義配置中的需求。例如，芯片組供應(yīng)商可以大量構(gòu)建單個超集產(chǎn)品，同時根據(jù)每個客戶的要求按需啟用特定功能。這允許供應(yīng)商預(yù)測零件的集合，而不是每個單獨的配置。這意味著更少的庫存、更高的運營效率和更少的價格侵蝕，因為他們不會試圖清理庫存。

調(diào)試

使用平臺意味著在故障排除時不需要觸及所有模塊。平臺組件通常要經(jīng)過嚴(yán)格的調(diào)試過程，然后才能被其他客戶部署到許多其他相關(guān)設(shè)計中。POA 通常具有更好的調(diào)試界面，可以使整個過程更容易，因為它的設(shè)計考慮了完整的平臺。

測試

許多接口都有行業(yè)測試套件，以確保該功能正常運行。例如，USB 擁有由 USB 實施者論壇開發(fā)的測試套件和一致性測試。如果平臺提供商已經(jīng)完成了測試，這就消除或減少了在下一步進(jìn)行相同級別測試的需要。在具有許多接口的高度復(fù)雜的系統(tǒng)中，這可以節(jié)省時間和成本。

標(biāo)準(zhǔn)和支持不斷變化的標(biāo)準(zhǔn)的能力

整個嵌入式社區(qū)的組織開發(fā)和宣傳行業(yè)成功所必需的標(biāo)準(zhǔn)。平臺供應(yīng)商通常是標(biāo)準(zhǔn)組織的關(guān)鍵成員，影響標(biāo)準(zhǔn)的方向并確保其成功開發(fā)。當(dāng)今嵌入式設(shè)備中使用的許多標(biāo)準(zhǔn)都是新的或不斷變化的。平臺開發(fā)人員可以通過跟蹤最新發(fā)展來減輕設(shè)計工程師的負(fù)擔(dān)，并在它們可用時將它們整合到平臺中。您不必跟蹤所有細(xì)微差別、開發(fā)解決方案，然后弄清楚如何集成和測試。

定制

實際上，設(shè)備制造商總是需要某種程度的定制，因為每個設(shè)備都有點不同。完善的 POA 為客戶或在平臺提供商的幫助下進(jìn)行一定程度的定制留出了空間。許多供應(yīng)商都有設(shè)計服務(wù)團(tuán)隊，可以聘請他們來增加適當(dāng)程度的定制，以幫助您的產(chǎn)品在市場上脫穎而出。供應(yīng)商擁有內(nèi)部優(yōu)勢，因為他們非常了解平臺。他們在協(xié)助定制時使用從客戶那里收到的意見，以便在下一代平臺中融入額外的價值。

圖 2： Montabello 是一個基于 Linux 的軟件平臺，它為移動互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供了一套集成的應(yīng)用程序。

上市時間

任何嘗試過收集、集成和測試所有正確部分的人都知道使用完善的 POA 可以節(jié)省多少時間。MontaVista Software 的首席執(zhí)行官 Russell Harris 表示，“對于制造商而言，能夠快速、高效且在預(yù)算內(nèi)將產(chǎn)品推向市場非常重要”。通過利用像 Montabello（圖 2）這樣的平臺，我們的設(shè)備客戶可以專注于構(gòu)建最好的產(chǎn)品，而不是開發(fā)復(fù)雜的軟件基礎(chǔ)架構(gòu)。設(shè)備制造商在他們的項目上獲得 6-12 個月的領(lǐng)先優(yōu)勢，從而縮短了上市時間，并使他們能夠?qū)崿F(xiàn)顯著的開發(fā)成本節(jié)約。

更低的花費

前面提到的所有好處都涉及一些成本節(jié)約因素。學(xué)習(xí)如何利用這些好處可以最大化您的投資。

圖 3： Windows Embedded POSReady 2009 有助于將服務(wù)點 （POS） 系統(tǒng)從交易處理過渡到增強(qiáng)的客戶服務(wù)。

風(fēng)險管理

POA 可以顯著降低設(shè)計中的風(fēng)險。許多客戶為平臺架構(gòu)做出了貢獻(xiàn)，并將其暴露在無數(shù)測試和使用場景中，這些場景以您可能沒有考慮過的方式來衡量設(shè)計。如果您遇到設(shè)計問題，平臺供應(yīng)商會提供額外的專業(yè)知識，您可以依靠這些專業(yè)知識。

客戶忠誠度

每個供應(yīng)商都努力建立忠誠的客戶群，而 POA 是培養(yǎng)這種忠誠度的絕佳方式。所有的好處對客戶來說都是顯而易見的，他們通過堅持供應(yīng)商來表達(dá)他們的感激之情。供應(yīng)商面臨著保持平臺相關(guān)性和高質(zhì)量的壓力。

“在一個日益互聯(lián)的世界中，零售和酒店企業(yè)需要有助于從交易處理過渡到增強(qiáng)客戶服務(wù)和建立關(guān)系的技術(shù)，”Microsoft Windows Embedded 營銷高級總監(jiān) Ilya Bukshteyn 斷言。Windows Embedded POSReady 2009（圖 3）專為幫助實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變而設(shè)計。借助 Microsoft Silverlight、.NET Framework 3.5 和 Windows Presentation Foundation 等 Windows 技術(shù)，該平臺可實現(xiàn)差異化且引人注目的用戶體驗，從而提高客戶忠誠度。

缺點：被鎖定

POA 的缺點首先是被鎖定在包含可能無法完全或正確滿足您的產(chǎn)品需求的子組件的特定平臺中。由于子組件集成到 POA 中，更改子組件有時會很困難或不可能。如果您認(rèn)為這將是您在開發(fā)過程中可能需要做的事情，那么您應(yīng)該詢問平臺組件是否可互換。這就是標(biāo)準(zhǔn)可以提供幫助的地方。正確實施戰(zhàn)略標(biāo)準(zhǔn)可以使子組件更具互換性。

有時平臺的功能太少或太多。添加或刪除子組件可能非常困難或成本過高。再次，確保驗證平臺架構(gòu)的可擴(kuò)展性。

審核編輯：郭婷