應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)軟件和硬件接口問題的設(shè)計(jì)

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，軟件和硬件的接口問題經(jīng)常困擾軟件開發(fā)工程師。正確理解接口在處理器與高級(jí)語言開發(fā)環(huán)境方面的約束條件，可以加速整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并為改進(jìn)系統(tǒng)的質(zhì)量、性能和可靠性以及縮短開發(fā)周期和減少成本提供保證，本文從兩個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例的比較入手，介紹了嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則以及關(guān)于寄存器及其域的種種考慮。

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常分為兩個(gè)部分：硬件設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)。這兩部分任務(wù)通常由不同的設(shè)計(jì)小組負(fù)責(zé)，相互間很少有覆蓋的地方。由于軟件小組很少涉足前面的硬件設(shè)計(jì)，采用這種方式進(jìn)行開發(fā)經(jīng)常會(huì)遇到問題，特別是硬件與軟件開發(fā)環(huán)境之間的接口性能較差時(shí)，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間延長、開發(fā)成本提高，最終推遲產(chǎn)品的上市。

最理想的解決方案是軟件小組參與硬件設(shè)計(jì)，但是在時(shí)間安排、資金和人員方面往往又是不實(shí)際的。一種變通的方法是創(chuàng)建一套硬件接口規(guī)范來加速軟件開發(fā)流程。從軟件開發(fā)者的角度來理解最優(yōu)化的硬件接口設(shè)計(jì)能有效地防止軟件開發(fā)中出現(xiàn)不必要的硬件問題，這種方法對硬件設(shè)計(jì)流程造成的影響也很小。

嵌入式系統(tǒng)的核心部件是各種類型的嵌入式處理器，目前據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界嵌入式處理器的品種總量已經(jīng)超過1000多種，流行體系結(jié)構(gòu)有30幾個(gè)系列。但與全球PC市場不同的是沒有一種微處理器和微處理器公司可以主導(dǎo)嵌入式系統(tǒng)，僅以32位的CPU而言，就有100種以上嵌入式微處理器。由于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的差異性極大，因此選擇是多樣化的。設(shè)計(jì)者在選擇處理器時(shí)要考慮的主要因素有：（1） 調(diào)查上市的CPU供應(yīng)商。（2） 處理器的處理速度。（3） 技術(shù)指標(biāo)。（4） 處理器的低工耗。（5） 處理器的軟件支持工具。（6） 處理器是否內(nèi)置調(diào)試工具。（7） 處理器供應(yīng)商是否提供評估板。

盡管嵌入式系統(tǒng)有著無比廣闊的市場需求和發(fā)展前景，但嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展多年來卻經(jīng)歷了一個(gè)曲折和痛苦的歷程。隨著微處理器的產(chǎn)生，價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)小巧的CPU和外設(shè)連接提供了穩(wěn)定可靠的硬件架構(gòu)，那么限制嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸就突出表現(xiàn)在了軟件方面。從八十年代末開始，陸續(xù)出現(xiàn)了一些嵌入式操作系統(tǒng)，比較著名的有Tornado/VxWorkx、pSOSystem、Neculeus和Windowss CE、QNX、VRTX，以及沸沸揚(yáng)揚(yáng)的“女媧計(jì)劃”，中國人自己的嵌入式操作系統(tǒng)HOPEN和現(xiàn)在談?wù)撟疃嗟那度胧?a target="_blank">Linux操作系統(tǒng)等等?？捎糜谇度胧较到y(tǒng)軟件開發(fā)的操作系統(tǒng)很多，但關(guān)鍵是如何選擇一個(gè)適合你所開發(fā)項(xiàng)目的操作系統(tǒng)，我們認(rèn)為應(yīng)該從以下幾點(diǎn)進(jìn)行考慮：（1） 操作系統(tǒng)提供那些開發(fā)工具。（2） 操作系統(tǒng)向硬件接口移植的難度。（3） 操作系統(tǒng)的內(nèi)存要求。（4）開發(fā)人員是否熟悉此操作系統(tǒng)及其提供的API。（5）操作系統(tǒng)是否有提供硬件的驅(qū)動(dòng)程序，如網(wǎng)卡等。（6）操作系統(tǒng)是否具有可剪裁性，即能否根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行系統(tǒng)功能的剪裁。（7） 操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。實(shí)時(shí)性分為：軟實(shí)時(shí)和硬實(shí)時(shí)。有些嵌入式操作系統(tǒng)只能提供軟實(shí)時(shí)，如WindowsCE。

嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一般模型

從系統(tǒng)角度看，嵌入式系統(tǒng)是多種系統(tǒng)要素之間的很多接口的集合，這里羅列的主要資源是系統(tǒng)處理器。處理器接口可以分成兩大類，分別標(biāo)識(shí)為本地總線和硬件總線。值得注意的是，本文中的總線是根據(jù)處理器利用資源時(shí)的訪問類型單獨(dú)定義的，與具體的硬件連接沒有對應(yīng)關(guān)系。

本地總線是資源與處理器之間的接口總線，它允許無限制的連續(xù)訪問。無限制訪問意味著處理器能夠利用其內(nèi)部數(shù)據(jù)類型訪問一個(gè)資源的所有要素；連續(xù)訪問是指所有資源要素占用的資源地址空間是連續(xù)的，中間沒有任何間隔。RAM和EPROM就是與本地總線接口的常見范例。

系統(tǒng)定義的實(shí)例

這里考慮兩種不同的硬件實(shí)現(xiàn)方式。該系統(tǒng)是處理器控制的三軸伺服系統(tǒng)，本部分的系統(tǒng)設(shè)計(jì)僅限于位置反饋控制的設(shè)計(jì)，因此有助于我們專注于硬件接口的實(shí)現(xiàn)。

該系統(tǒng)的兩種實(shí)現(xiàn)方式都實(shí)現(xiàn)了處理器與用戶ASIC的接口，從而為三軸伺服提供驅(qū)動(dòng)與反饋信息。每個(gè)系統(tǒng)中的ASIC必須利用32位數(shù)據(jù)總線使處理器與三套驅(qū)動(dòng)/反饋資源連接。每種資源包含有一個(gè)帶符號(hào)的10位驅(qū)動(dòng)寄存器、一個(gè)帶符號(hào)的8位位置寄存器和一個(gè)3位的錯(cuò)誤狀態(tài)寄存器，任何一個(gè)位置位都表示一種錯(cuò)誤狀態(tài)，由它產(chǎn)生軸驅(qū)動(dòng)的關(guān)閉信息。

圖1和圖2表示了一種寄存器接口的可能實(shí)現(xiàn)方式，分別標(biāo)識(shí)為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)A和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)B。為了描述方便，后文以系統(tǒng)A和系統(tǒng)B分別指代這兩種實(shí)現(xiàn)。

表1所示的偽隨機(jī)碼為軸驅(qū)動(dòng)程序，可用于A、B兩個(gè)系統(tǒng)。偽隨機(jī)碼設(shè)計(jì)用于基于先進(jìn)處理器的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，并運(yùn)行于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，以通用軸控制程序的三份獨(dú)立挎貝（或任務(wù)實(shí)例）實(shí)現(xiàn)軸的控制。當(dāng)使用系統(tǒng)A中定義的接口時(shí)只需偽隨機(jī)碼中那些帶星號(hào)的代碼行。

即使在代碼原型階段系統(tǒng)B所需的代碼也比系統(tǒng)A少很多。系統(tǒng)B中的硬件設(shè)計(jì)要稍微復(fù)雜一些，但能減輕軟件開發(fā)的負(fù)擔(dān)。后文將回顧這兩個(gè)實(shí)例系統(tǒng)和偽隨機(jī)碼。

為了滿足項(xiàng)目要求，對整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)需要在硬件與軟件實(shí)現(xiàn)之間作出折衷，現(xiàn)實(shí)中是沒有項(xiàng)目能滿足這里提到的所有理想軟件接口要求的。對理想狀態(tài)的認(rèn)識(shí)有助于硬件設(shè)計(jì)工程師識(shí)別并消除影響軟件設(shè)計(jì)的一些障礙。

設(shè)計(jì)原則

1. 采用標(biāo)準(zhǔn)總線訪問

有效的嵌入式硬件接口設(shè)計(jì)的一般原則是：對軟件設(shè)計(jì)工程師來說，硬件設(shè)計(jì)應(yīng)確保對硬件資源的訪問盡可能透明。處理器使用所有標(biāo)準(zhǔn)的讀寫指令可以實(shí)現(xiàn)透明訪問，而不用考慮前面的訪問內(nèi)容或時(shí)序。

通常不可避免要采用一些特殊總線，但需要慎重考慮特殊訪問空間的使用選擇，因?yàn)檫@種情況會(huì)給系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)帶來一定的困難。系統(tǒng)A采用了只寫寄存器，因此要求系統(tǒng)軟件提供“影子”內(nèi)存（Shadow memory）來保存寫入到資源的數(shù)據(jù)。而系統(tǒng)B由于允許所有的寄存器都可讀寫，因此沒有這種限制。

2. 開發(fā)基于處理器的資源接口

硬件設(shè)計(jì)工程師習(xí)慣于從下至上分析資源接口問題以及與系統(tǒng)總線的連接，而通過分析處理器在系統(tǒng)中對資源的訪問過程則更好。

“處理器與資源”間的接口常常是最重要的接口，在硬件設(shè)計(jì)流程中它的效率應(yīng)是最優(yōu)先考慮的對象。統(tǒng)一規(guī)劃整個(gè)系統(tǒng)的資源訪問對于正確理解由硬件設(shè)計(jì)選擇所引起的訪問限制很重要。

3. 系統(tǒng)內(nèi)存映射的創(chuàng)建與維護(hù)

對于一個(gè)好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說，所有資源的存儲(chǔ)器映射都非常重要。如前所述，存儲(chǔ)器映射的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到具體處理器要求，而不是簡單地說明一個(gè)資源所解碼的地址線類型。如果采用的是寄存器可配置資源，如PCI總線，硬件設(shè)計(jì)工程師應(yīng)在存儲(chǔ)器映射中配置所有與該資源有關(guān)的配置寄存器，并提供用以創(chuàng)建硬件驗(yàn)證所需的靜態(tài)映射的配置寄存器初始化值。

隨著系統(tǒng)的不斷成熟，存儲(chǔ)器映射也必須不斷完善，并隨著軟硬件開發(fā)的進(jìn)展不斷改進(jìn)。

4. 統(tǒng)一的訪問模式

當(dāng)前的嵌入式系統(tǒng)由于復(fù)雜度的提高，通常由多人共同合作進(jìn)行設(shè)計(jì)。每個(gè)硬件部件的設(shè)計(jì)必須與整體一致，這樣才能開發(fā)出統(tǒng)一的資源訪問模式。如果不同功能模塊的訪問不一致的話，在軟件開發(fā)期間就會(huì)產(chǎn)生潛在的訪問限制錯(cuò)誤，從而可能需要為每個(gè)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)專門的軟件驅(qū)動(dòng)程序。對不同邏輯塊的不一致訪問也會(huì)使硬件集成和驗(yàn)證變得困難重重。

如設(shè)計(jì)工程師在調(diào)試器上編輯4個(gè)十六進(jìn)制數(shù)字并不能保證處理器會(huì)使用一個(gè)16位的讀/寫周期，評估仿真器處理多個(gè)限制性訪問地址空間的能力就非常有用，特別是在用“限制外”訪問方式觸發(fā)總線故障的處理器結(jié)構(gòu)中。

寄存器設(shè)計(jì)

既然硬件設(shè)計(jì)工程師的重點(diǎn)已經(jīng)從邏輯門和總線轉(zhuǎn)移到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我們再來審視一下任何處理器系統(tǒng)中最常用到的寄存器設(shè)計(jì)。寄存器接口允許高速訪問資源，其訪問的效率對系統(tǒng)的性能有很大的影響。

寄存器的結(jié)構(gòu)與訪問

設(shè)計(jì)工程師應(yīng)該精心選擇硬件寄存器大小，使處理器能最有效地進(jìn)行硬件訪問。一般來說，總是采用系統(tǒng)內(nèi)部整數(shù)訪問方式。任何可寫的寄存器也應(yīng)該是以同樣的格式可讀，這樣可以避免使用本地存儲(chǔ)器來緩存這些寄存器值。

控制一個(gè)子系統(tǒng)的寄存器應(yīng)該以相同的結(jié)構(gòu)形式在一起分組，使軟件能使用通用的驅(qū)動(dòng)程序?qū)λ鼈冞M(jìn)行訪問。當(dāng)設(shè)計(jì)中需要多個(gè)同一類型的子系統(tǒng)時(shí)這點(diǎn)尤其重要。

寄存器復(fù)位內(nèi)容

系統(tǒng)A不控制驅(qū)動(dòng)寄存器的復(fù)位內(nèi)容，需要代碼的介入來將所有三個(gè)軸的驅(qū)動(dòng)寄存器設(shè)置為零。這種結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題，因?yàn)樘幚砥魍ǔＪ潜３衷趶?fù)位狀態(tài)，直到FPGA和ASIC加電并得到配置后處理器才正常工作。如果開發(fā)人員使用仿真器，那么在集成過程中系統(tǒng)A還會(huì)出現(xiàn)另外的問題：被仿真器控制的處理器在系統(tǒng)加電后可能需要很長的初始化時(shí)間才能正常工作。

系統(tǒng)B在加電后會(huì)將所有軸驅(qū)動(dòng)寄存器設(shè)為零，它對軸驅(qū)動(dòng)設(shè)置的控制并不依賴于啟動(dòng)時(shí)間。因?yàn)橄到y(tǒng)B沒有隱藏的狀態(tài)機(jī)，因此在本設(shè)計(jì)中沒有必要考慮增加額外的軟件復(fù)位寄存器。

寄存器域設(shè)計(jì)

大多數(shù)資源接口所包含的數(shù)據(jù)項(xiàng)并不正好適合一個(gè)寄存器。這種情況下，硬件設(shè)計(jì)工程師必須將一個(gè)寄存器分成若干域。合理的域結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)性能來說非常重要，與寄存器接口設(shè)計(jì)有相似的影響。有效的域接口設(shè)計(jì)規(guī)則類似于寄存器設(shè)計(jì)規(guī)則，但設(shè)計(jì)工程師還需要特別注意域的順序與放置，還要對寄存器中未用到一些字節(jié)作一定的處理。

1. 寄存器的域

域被定義為寄存器中若干位的子集，主要用于報(bào)告或控制資源的一個(gè)功能要素。在硬件設(shè)計(jì)中最常用的域類型有：1. 布爾域：真或假，通常是一位；2. 多位狀態(tài)域和控制域：多位用于報(bào)告或控制內(nèi)部相關(guān)功能；3. 列舉狀態(tài)域和控制域：多個(gè)位的集合，其中每個(gè)位代表了一種不同的硬件狀態(tài)；4. 數(shù)字域：多個(gè)位組合在一起用來代表一定的數(shù)量值。

從軟件使用者角度看，最有效的域結(jié)構(gòu)是每個(gè)寄存器只用一個(gè)域。這種理想的軟件結(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致硬件實(shí)現(xiàn)效率低，因此一個(gè)好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要在軟硬件設(shè)計(jì)之間作出折衷，在每個(gè)寄存器中應(yīng)放置多個(gè)域。

2. 域結(jié)構(gòu)

前文提到的用于寄存器的結(jié)構(gòu)概念同樣也適合于寄存器內(nèi)部的域。一個(gè)寄存器應(yīng)該只包含屬于設(shè)計(jì)中同一功能要素的域，并且該寄存器中的所有可寫域都應(yīng)該是可讀的。

由于系統(tǒng)A將屬于不相關(guān)功能的多個(gè)域組合放在一個(gè)寄存器中，因此它需要使用特殊的驅(qū)動(dòng)程序。而系統(tǒng)B則遵循“單個(gè)寄存器內(nèi)的域按任務(wù)進(jìn)行組織”的原則，將每個(gè)域放置在屬于自己的專用寄存器中，因此能高效地訪問資源中的每個(gè)軸參數(shù)。

3. 十六進(jìn)制數(shù)字對齊

硬件設(shè)計(jì)工程師還應(yīng)該明白針對處理器和軟件開發(fā)環(huán)境進(jìn)行對齊約束。如果將域放置在錯(cuò)誤的地址上而超出字的邊界，將迫使軟件設(shè)計(jì)工程師只能按塊訪問每個(gè)域。在調(diào)試過程中，用零值填充域是非常有用的，可以使每個(gè)域的最低位對齊十六進(jìn)制數(shù)字（4位）的邊界：當(dāng)在邏輯分析儀、調(diào)試儀或仿真器上顯示寄存器情況時(shí)，十六進(jìn)制數(shù)字對齊會(huì)有助于域值的可視化提取。由于控制域沒有對齊，在查錯(cuò)時(shí)屏蔽測試輸入也十分困難。而系統(tǒng)B的所有域都是按十六進(jìn)制偶數(shù)數(shù)字對齊，因此通過寄存器讀可以很容易地確定每個(gè)域的狀態(tài)，并且能方便地將某個(gè)域設(shè)為指定值。

4. 域位置的分配與順序

寄存器內(nèi)域的設(shè)置也會(huì)嚴(yán)重影響軟件實(shí)現(xiàn)的效率。布爾域和多位域通常與位置無關(guān)，但當(dāng)列舉域和數(shù)字域被放置在寄存器的最低位（LSB）時(shí)對它們的訪問效率通常是最高的（LSB的實(shí)際位數(shù)取決于處理器類型，位0不一定是LSB）。將域配置在寄存器的LSB中可以有效地消除對域內(nèi)容屏蔽后的移位操作，也使測試設(shè)備或進(jìn)行可視化檢查的調(diào)試儀訪問寄存器時(shí)能更容易地識(shí)別域值。

系統(tǒng)A中用于軸2和軸3的域值在使用前必須要求軟件進(jìn)行屏蔽和移位。而系統(tǒng)B則將所有數(shù)字域配置在寄存器的LSB中，從而能完成更有效的訪問。系統(tǒng)B的集成性也更好，資源寄存器的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)能真正分離成正確的域值。

5. 未用數(shù)據(jù)位

寄存器中的未用位同樣也會(huì)影響軟件實(shí)現(xiàn)的效率。所有未用位應(yīng)回歸為零，并且寫入操作時(shí)無需對它們作特殊的處理，這樣可以避免不必要的屏蔽與清除操作。在這種情況下，使硬件實(shí)現(xiàn)符號(hào)將域的MSB擴(kuò)展到未用位就非常有用。以這種方式擴(kuò)展的數(shù)字域能夠被處理器直接訪問，因?yàn)閹Х?hào)的數(shù)值無需軟件符號(hào)的擴(kuò)展。當(dāng)對特殊的數(shù)字域變量的訪問速度嚴(yán)重影響整體系統(tǒng)性能時(shí)，將該類型的域與“單個(gè)寄存器單個(gè)域”結(jié)合起來考慮將非常有用。由于無需屏蔽或符號(hào)擴(kuò)展，這些域能以內(nèi)部數(shù)據(jù)訪問的方式直接訪問。

當(dāng)系統(tǒng)A中需要從寄存器提取域值時(shí)，要求軟件對每個(gè)數(shù)字域值進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展，而系統(tǒng)B允許通過對寄存器的內(nèi)部整數(shù)訪問直接訪問域值。

6. 域類型選擇

域類型的正確選擇也能極大地提高軟件實(shí)現(xiàn)效率。在打開或關(guān)閉獨(dú)立資源功能時(shí)布爾域是最有效的。要注意的是，只有當(dāng)寄存器是可讀寫時(shí)單位域才容易編碼。如果硬件寄存器對域的訪問有限制，就需要專門的緩沖器（有可能再加上一個(gè)專門的驅(qū)動(dòng)程序）來保存當(dāng)前的內(nèi)容。限制性訪問同時(shí)也會(huì)限制一些編程構(gòu)造的使用，如位域（bit field），從而影響系統(tǒng)代碼的可讀性，且無助于減少編程錯(cuò)誤。

當(dāng)表達(dá)資源狀態(tài)的數(shù)據(jù)需要占用一定范圍的值時(shí)數(shù)字域就很有用。當(dāng)一個(gè)域能保持正值和負(fù)值使用時(shí)，帶符號(hào)的表達(dá)式通常需要更多的軟件工作。另外，還要避免在數(shù)字域中對其它數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼（如利用域符號(hào)表示一個(gè)不相關(guān)的資源狀態(tài)）。

系統(tǒng)A中對軸驅(qū)動(dòng)域的“只寫”訪問使軟件對目標(biāo)域的訪問效率很低，必須用RAM保存寫過程中不作修改的過去的軸內(nèi)容。系統(tǒng)B中由于每個(gè)寄存器都只有一個(gè)域并允許讀寫操作，因此不存在這樣的問題。

實(shí)例系統(tǒng)的性能評估

為了評估最終系統(tǒng)軟件的性能，將列表1中的偽隨機(jī)碼正確轉(zhuǎn)換成C代碼并同時(shí)用于A、B系統(tǒng)中，然后利用內(nèi)部存儲(chǔ)器中的結(jié)構(gòu)模擬每個(gè)系統(tǒng)的硬件接口。代碼中應(yīng)避免使用位域，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)C實(shí)現(xiàn)不能在限制性訪問的地址空間上正確工作。系統(tǒng)代碼模擬運(yùn)行于PowerPC，編譯工具采用的是Green Hills MultiC，目標(biāo)操作系統(tǒng)是VxWorks，編譯器設(shè)置在中級(jí)優(yōu)化度（目的是幫助調(diào)試，并允許設(shè)計(jì)工程師把每條匯編指令與每一行C代碼聯(lián)系起來）。

表1列出了偽隨機(jī)碼的每一行，并給出了每個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所用到的匯編指令與功能調(diào)用數(shù)量。另外還對兩個(gè)實(shí)現(xiàn)所用的代碼執(zhí)行速度進(jìn)行測試。子程序升級(jí)系統(tǒng)B軸的速度要比系統(tǒng)A快5.3倍，這主要?dú)w功于任務(wù)阻塞與去阻塞功能調(diào)用的去除。要注意的是實(shí)際系統(tǒng)中的加速效果可能并不明顯，因?yàn)閷?shí)際的硬件訪問時(shí)間對總的執(zhí)行時(shí)間影響最大。

在實(shí)驗(yàn)中要提升兩個(gè)實(shí)現(xiàn)所用編譯器的優(yōu)化度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)優(yōu)化度的提高對系統(tǒng)B無效，對系統(tǒng)A來說只是減少了很少的代碼，并且速度卻稍有降低。這樣的結(jié)果表明，系統(tǒng)B的硬件接口在軸域的資源訪問上非常接近內(nèi)部訪問的效能。

仔細(xì)考察這兩個(gè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)B所用的額外資源中最主要的驅(qū)動(dòng)源是組合型軸尋址方案。為了驗(yàn)證這一結(jié)果，重新組織寄存器映射，以便將每個(gè)軸作為一個(gè)獨(dú)立資源使用，單個(gè)軸映射按地址位邊界對齊。這一變通的實(shí)現(xiàn)方式保留了系統(tǒng)B的所有軟件接口優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)減少了整體硬件器件的使用，Virtex系列器件的片利用率能降低2.3%，9500系列的利用率能降低22%。

硬件設(shè)計(jì)會(huì)極大地影響系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性和質(zhì)量。一個(gè)好的硬件設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)人員能根據(jù)硬件實(shí)現(xiàn)與最終軟件設(shè)計(jì)環(huán)境的復(fù)雜性做出決定，正確理解硬件接口設(shè)計(jì)對軟件開發(fā)流程的影響能極大地改進(jìn)系統(tǒng)質(zhì)量、性能和可靠性，同時(shí)減少系統(tǒng)開發(fā)的周期與成本。