觀點(diǎn)：未來的嵌入式設(shè)計將是什么樣子？

觀點(diǎn)：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(diǎn)。

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(yùn)算。三十多年來，價格的不斷下降和運(yùn)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(fèi)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(jī)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(fèi)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(qiáng)大系統(tǒng)。正因為這樣，如今的消費(fèi)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(yùn)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(fèi)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(jī)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(qiáng)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(fèi)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(jī)需要改變，或者該狀態(tài)機(jī)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)?；⒖梢灾貜?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。