觀點：未來的嵌入式設(shè)計將是什么樣子？

觀點：未來的嵌入式設(shè)計將是什么樣子？

未來，一直在改變的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計環(huán)境會持續(xù)的進(jìn)化。開發(fā)環(huán)境該如何變化來進(jìn)行適應(yīng)改變呢？Cypress半導(dǎo)體公司的Ata Khan有一些自己的觀點。

嵌入式處理器現(xiàn)在已經(jīng)無所不在，幾乎所有用電的設(shè)備都會有一個嵌入式處理器對各種應(yīng)用進(jìn)行控制或(和)運算。三十多年來，價格的不斷下降和運算和控制能力不斷的提升推動了這些處理器的繁榮昌盛和多樣化。

摩爾定律、競爭的壓力和消費電子設(shè)備的不斷創(chuàng)新，使得在不久以后，我們?nèi)粘Ｓ玫降那度胧教幚砥鲗⑴c主流的計算機處理器具備一樣的處理能力。

許多的這些創(chuàng)新都是由人們的消費行為所推動的，人類的行為一般會忽視線性的改進(jìn)，而是傾向于指數(shù)級的改進(jìn)，因此驅(qū)使出更多功能和更加復(fù)雜的強大系統(tǒng)。正因為這樣，如今的消費電子設(shè)備需要配備一個三倍MIPS于需要的處理能力的嵌入式處理器，上G容量的內(nèi)存，并且要求通過所有流行的通信協(xié)議連接至網(wǎng)絡(luò)，這要求硬件(處理器)、軟件開發(fā)工具、操作系統(tǒng)或者編譯器不能出問題。另外，嵌入式設(shè)計者本身也需要理解最新的硬件和軟件并利用它們設(shè)計出可以市場化的應(yīng)用。

然而，必須看到一個實際的問題是人類的設(shè)計能力“帶寬”遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上處理能力上升的程度。因此，復(fù)雜度的提高使設(shè)計被延期，簡單的增加人手并不能解決生產(chǎn)力提升的問題，正如一些書籍里面指出的那樣，比如暢銷已久的著作《The Mythical MAN-MONTH》一書。

目前設(shè)計的形勢

設(shè)計一個現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)是件復(fù)雜的多任務(wù)工作。第一步是定義該產(chǎn)品的潛在用戶的行為需求，并了解競爭的前景和應(yīng)對的方案。

下一步是決定公司已有的資源是否能減輕或關(guān)聯(lián)能夠?qū)崿F(xiàn)的系統(tǒng)規(guī)格，比如軟件、工具、處理器和其他需要的元器件。這些工作在實際軟硬件工作開始之前必須完成。

一旦確定設(shè)計起步的前期工作完成了，最為艱巨的硬件和軟件設(shè)計就要開始了。有代表性的，嵌入式設(shè)計包括三個主要的模塊：處理運算、數(shù)字(外圍和邏輯)、模擬(傳感和控制的物理接口)。

一個系統(tǒng)多半是由以上三個模塊的各種元器件構(gòu)成，這三個模塊由硬件和軟件的接口進(jìn)行聯(lián)系。一旦一個設(shè)計在軟件和硬件上“定型”了，再要改變的話很困難且需要花費時間和金錢，因為系統(tǒng)模塊之間的軟硬件具備互操作性。

嵌入式設(shè)計者需要搶在競爭對手之前將產(chǎn)品上市，以取得市場先機并充分重新利用投資、知識產(chǎn)權(quán)和工具，他們選擇的架構(gòu)和設(shè)計平臺必須靈活并可修改。

這些工具和器件必須具備很強的靈活性來應(yīng)對變化（事實上，變化無時無刻不發(fā)生），同時需要利用產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)來獲得大的開發(fā)社群和標(biāo)準(zhǔn)組織的支持。

這些挑戰(zhàn)集合的結(jié)果是開發(fā)周期越長，設(shè)計需要變更的可能性就越大，這同時又讓開發(fā)周期變得更長，從而形成惡性循環(huán)。因此快速的產(chǎn)品開發(fā)不僅能提供成本的優(yōu)勢，還能降低開發(fā)風(fēng)險并提供最及時的用戶反饋并領(lǐng)先于市場。

新的設(shè)計思路

假定一個典型的嵌入式系統(tǒng)包括處理、數(shù)字、模擬三個模塊，而該系統(tǒng)需要合適的軟件將各個模塊聯(lián)系起來，開發(fā)者一般會提出下面的問題：

1. 我們?nèi)绾未_定我們正在加速整個系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)程？Amdahl定律進(jìn)行了解釋，整個項目進(jìn)程中的一個個連續(xù)的部分的狀態(tài)決定了全部的有潛力的改進(jìn)。因此，一些基礎(chǔ)的流程必須進(jìn)行改變。

2. 我們?nèi)绾渭铀賹W(xué)習(xí)的進(jìn)程來聚焦于讓設(shè)計更快的市場化？經(jīng)驗告訴我們采用階梯式的細(xì)致工作比到最后再進(jìn)行測試更加有效。這樣的必然結(jié)果是bug越早被找出來，改進(jìn)的成本就越低。

3. 如何降低總體設(shè)計的工作量？換句話來說，系統(tǒng)的哪些部分可以被智能的重復(fù)使用來節(jié)省時間和工作量。

4. 我們?nèi)绾卧谒械脑O(shè)計流程中執(zhí)行設(shè)計變更？在設(shè)計初期的設(shè)計變更比較容易進(jìn)行執(zhí)行。因為整個設(shè)計流程的互相聯(lián)系，在設(shè)計定型之后再進(jìn)行設(shè)計變更往往就不太容易了。

5. 如何進(jìn)行硬件和軟件的升級？因為各種通信端口的緣故，軟件更新相對更加簡單，另外軟件更新已經(jīng)非常普遍了，并且被消費者作為一種用戶體驗所接受。難的是硬件功能的更新。比如，如果某個狀態(tài)機需要改變，或者該狀態(tài)機需要在不同的時間執(zhí)行不同的任務(wù)該怎么辦？

6. 我們?nèi)绾卫脴?biāo)準(zhǔn)的工具？因為編譯器和調(diào)試器不斷進(jìn)化，在工具方面需要學(xué)習(xí)和改進(jìn)的很多(而且往往要花錢)。新的嵌入式設(shè)計技術(shù)必須支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的工具，來提升改進(jìn)的空間并降低設(shè)計的投資。

7. 我們會提供一個平臺嗎？本質(zhì)上，采用一個被充分定義了的硬件和軟件架構(gòu)的可升級的平臺，可以保證該設(shè)計針對一個應(yīng)用的規(guī)模化，并可以重復(fù)使用以前的工作（無論硬件還是軟件）。

因此一個理想的嵌入式平臺需要具備一個基礎(chǔ)的功能架構(gòu)，該架構(gòu)是靈活的和可動態(tài)配置的。該平臺除了為嵌入式設(shè)計者創(chuàng)造針對特定應(yīng)用的代碼，還需要自動執(zhí)行開發(fā)周期的所有的流程。

該架構(gòu)還需要具備高度的可升級性，來支持技術(shù)和工具的重復(fù)使用，并能到大的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)工具的支持。另外，還必須具備系統(tǒng)級的集成和采用高級半導(dǎo)體工藝的低功耗和小體積特性，這樣能讓客戶的效率最優(yōu)化并降低功耗。