嵌入式產(chǎn)品設(shè)計(jì)放眼未來(lái)
| 和較小的器件；甚至能以比較低的時(shí)鐘速度運(yùn)行處理器，以避免寄生效應(yīng)降低功耗。這時(shí)需要認(rèn)真地在設(shè)計(jì)文件資料中加以注明，并且充分說(shuō)明對(duì)這特殊指令的假設(shè)，否則當(dāng)需要提升時(shí)鐘速度時(shí)可能遭遇失敗，甚至必須重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。隨著靈活性而來(lái)的是更大的機(jī)遇，那就是優(yōu)化你的系統(tǒng)，消除一級(jí)制約因素，但是付出的代價(jià)是提高責(zé)任性和前瞻性，并要考慮到定制化會(huì)如何影響你的下游支持工作。 哪一種實(shí)現(xiàn)方法適應(yīng)產(chǎn)品的要求？ 你應(yīng)該選擇哪一種實(shí)現(xiàn)策略？影響你做出選擇的是你產(chǎn)品特有的幾個(gè)彼此互相獨(dú)立、而又互相矛盾的要求，以及你使產(chǎn)品與眾不同的方法。你應(yīng)當(dāng)考慮的這些因素包括上市時(shí)間、系統(tǒng)性能、系統(tǒng)成本、功耗、尺寸限制、外圍設(shè)備支持以及產(chǎn)品陳舊過(guò)時(shí)程度。 上市時(shí)間是一把雙刃劍。如果在輔助基礎(chǔ)設(shè)施不足，或者由于文化方面的習(xí)慣性，客戶對(duì)你產(chǎn)品所代表的革命性變革沒(méi)有準(zhǔn)備的情況下將產(chǎn)品上市，或交貨時(shí)間推遲，那你可能是在為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手鋪路，讓他來(lái)收獲果實(shí)。如果由于開發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致失去市場(chǎng)窗口，就有可能降低產(chǎn)品在其整個(gè)生命期限內(nèi)的盈利率。交貨時(shí)間推遲對(duì)盈利的影響要比開發(fā)費(fèi)用超支或制造成本超支大。 產(chǎn)品供應(yīng)商推出指令集結(jié)構(gòu)體系的重要方法是：用人們所熟悉的開發(fā)工具包支持這些結(jié)構(gòu)體系，從而保持使用方便不變，并減少要學(xué)習(xí)材料數(shù)量。強(qiáng)有力的工具支持鏈之所以能縮短上市時(shí)間，是因?yàn)樗軌蚴贡姸嗟挠薪?jīng)驗(yàn)、有技巧的設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品能夠支持強(qiáng)大的第三方的開發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施，能夠方便自動(dòng)化設(shè)計(jì)流程的使用，并且有助于移植遺贈(zèng)代碼。重復(fù)使用是一種有效縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)間的方法，因此使用方便的軟件算法、外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序、操作系統(tǒng)可出讓使用許可的IP模塊的市場(chǎng)正在不斷擴(kuò)大，上市時(shí)間是你的主要?jiǎng)恿r(shí)，則一種采用標(biāo)準(zhǔn)器件的方法因具有明確的性能和接口特性、能通過(guò)重新編程或者更換元器件來(lái)縮短迭代周期、能實(shí)現(xiàn)電路板級(jí)對(duì)芯片級(jí)的集成、可使用遺贈(zèng)的或者購(gòu)買的軟件模塊和能快速提高產(chǎn)量而減少風(fēng)險(xiǎn)。由于ASIC開發(fā)時(shí)間很長(zhǎng)，使得PLD成為一種用來(lái)制作不能用標(biāo)準(zhǔn)器件實(shí)現(xiàn)的許多產(chǎn)品的樣品，并使之及早上市的可能方法。 要求具有很高系統(tǒng)性能的產(chǎn)品，或者依次快速地執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)，或者緩慢但并行地執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)。超標(biāo)量結(jié)構(gòu)體系和流水線結(jié)構(gòu)體系，都是通過(guò)維持很高的時(shí)鐘速度并在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)部分執(zhí)行多個(gè)指令來(lái)獲得高性能的。高的時(shí)鐘速度，意味著較多的邏輯狀態(tài)變換、更大的功耗和需要補(bǔ)償寄生效應(yīng)。PLD實(shí)現(xiàn)方法和ASIC實(shí)現(xiàn)方法也都能提供較高性能，因?yàn)檫@兩種方法能形成并行的數(shù)據(jù)流，并行執(zhí)行指令，能實(shí)現(xiàn)多處理器模塊，并能采用先進(jìn)的制造工藝。究竟采用那種實(shí)現(xiàn)方法合適，取決于數(shù)據(jù)和處理的特性。例如，利用Reed-Solomon算法進(jìn)行前向糾錯(cuò)有助于并行計(jì)算，而比較多的遞歸算法，例如最小二乘方遞歸算法，則受益于用來(lái)處理順序指令的較高時(shí)鐘速度。 對(duì)系統(tǒng)高性能來(lái)說(shuō)，要考慮的另一制約因素是芯片外的接口速度較慢和I／O帶寬受限制。處理器可以使用一系列特殊總線、DMA引擎和多級(jí)高速緩沖存儲(chǔ)器來(lái)使這兩方面的制約減至最小程度。如果有一種軟件實(shí)現(xiàn)方法可以妥善地保持系統(tǒng)性能，那就要考慮繼續(xù)用軟件來(lái)保持靈活性。從另外一個(gè)角度看，使用硬件模塊，例如使用一個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算單元，也是一種折衷方案，可為你的軟件留有改善的余地。 系統(tǒng)成本不只是材料零部件費(fèi)用與裝配費(fèi)用的總和；它是一個(gè)函數(shù)，還包括設(shè)計(jì)費(fèi)用、NRE費(fèi)用（它使設(shè)計(jì)迭代的費(fèi)用大大增加）、生產(chǎn)維護(hù)費(fèi)用以及特許使用費(fèi)（如果有的話）。使用標(biāo)準(zhǔn)器件可降低前期開發(fā)費(fèi)用，也可避免NRE費(fèi)用，但是一個(gè)產(chǎn)量很大的產(chǎn)品用ASIC來(lái)實(shí)現(xiàn)還是合適的。一個(gè)產(chǎn)量較低的產(chǎn)品，如果具有很高的利潤(rùn)率，又不能用標(biāo)準(zhǔn)PLD來(lái)實(shí)現(xiàn)，那么用ASIC來(lái)實(shí)現(xiàn)也是明智的。專用器件可使一種用標(biāo)準(zhǔn)器件來(lái)實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品中通常未使用的邏輯器件減至最小或根本沒(méi)有，但系統(tǒng)成本分析還應(yīng)該包括最小訂貨批量、庫(kù)存零部件的維護(hù)費(fèi)用和損壞消耗費(fèi)用，特別是對(duì)于專用的器件，還應(yīng)該考慮預(yù)訂時(shí)間長(zhǎng)、單個(gè)貨源、需求上升，以及壽命接近終了時(shí)的購(gòu)買等因素。 功耗對(duì)于靠電池供電的便攜式產(chǎn)品和高密度產(chǎn)品（如功率預(yù)算和熱管理都很重要的中心局聯(lián)網(wǎng)設(shè)備）來(lái)說(shuō)是很重要的。除了用降低時(shí)鐘頻率的辦法來(lái)減少功耗之外，具有功率管理功能的標(biāo)準(zhǔn)器件都能有選擇地使芯片上的邏輯模塊和集成外設(shè)不工作。通過(guò)軟芯核或可重新配置的芯核設(shè)計(jì)的專用產(chǎn)品，能實(shí)現(xiàn)另外的節(jié)能模式，能去掉不需要的模塊，以縮小所需的芯片面積和降低功耗。PLD是耗電比較大的器件，在互連點(diǎn)處起緩沖作用，因此在瞬變時(shí)要多消耗一些功率，但是，使用PLD器件能使一個(gè)采用分立器件的系統(tǒng)中的足夠多的器件合并，又能將足夠多的器件取消，從而降低系統(tǒng)的功耗。 縮小器件尺寸，就能在愈來(lái)愈多的受尺寸限制的產(chǎn)品（如閃速存儲(chǔ)器卡）中采用嵌入式控制與信號(hào)處理技術(shù)。在這類產(chǎn)品中，器件的面積制約著成本。將分散的控制器安放在靠近傳感器和控制點(diǎn)的地方，可以減少不必要的連接線，也可以降低裝配與修理費(fèi)用。采用*********的制造工藝是縮小器件尺寸的一個(gè)途徑。一個(gè)具有支持代碼壓縮的指令集結(jié)構(gòu)體系的處理器，如果能將其所需的存儲(chǔ)器容量減至最小程度，那就是另一種縮減器件尺寸、降低成本、減少功耗的辦法。集成外設(shè)能減小系統(tǒng)尺寸并降低系統(tǒng)成本。8位處理器的選用主要取決于集成外設(shè)。PLD器件能使你的產(chǎn)品采用專用數(shù)字外設(shè)，但是，如果你的產(chǎn)品需要集成模擬外設(shè)，那你就應(yīng)當(dāng)考慮采用ASIC。 依靠一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法來(lái)獲取收益，這是一種夢(mèng)想。事實(shí)真相是競(jìng)爭(zhēng)使這種情況不會(huì)發(fā)生。你的實(shí)現(xiàn)方法將會(huì)過(guò)時(shí)。因此，你應(yīng)該考慮當(dāng)今天所作的決策，將會(huì)對(duì)你過(guò)渡到下一代產(chǎn)品產(chǎn)生什么影響。不管你做出什么樣的努力來(lái)使產(chǎn)品具有靈活性和擴(kuò)展性，產(chǎn)品一般都會(huì)陳舊過(guò)時(shí)，其原因是人們要求產(chǎn)品改變功能，增加新功能，降低成本以順應(yīng)價(jià)格下降的壓力。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成時(shí)，選擇一個(gè)具有不同封裝尺寸并超前于你需求的器件系列能節(jié)省時(shí)間與金錢。一個(gè)器件系列具有變換封裝能力的價(jià)值在于在封裝占用相同的電路板面積內(nèi)可獲得更多的資源。 如果你不需要最高的性能，那么一個(gè)速度較快的處理器可以補(bǔ)償可移植和可編譯遺贈(zèng)代碼的不大理想的轉(zhuǎn)換效率。重新編譯有可能使遺贈(zèng)代碼重新優(yōu)化。重復(fù)使用已經(jīng)集成在產(chǎn)品系統(tǒng)中的軟件，與從頭開始編制或改寫軟件再予以確認(rèn)相比，可能更為安全、更為快速、也更為經(jīng)濟(jì)劃算。使用可移植代碼可以擴(kuò)充支持你下一代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師隊(duì)伍，因?yàn)闊o(wú)法保證你將擁有原班人馬去更新產(chǎn)品設(shè)計(jì)。如果你設(shè)計(jì)專用硬件邏輯，你就要考慮可升級(jí)問(wèn)題及其對(duì)于遺贈(zèng)軟件的影響。還要考慮到，如果在寄存器文件中設(shè)置了許多端口，這將使超標(biāo)量多流水線方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常困難。 當(dāng)你的產(chǎn)品具有曾經(jīng)是非常獨(dú)特的功能變成為一種商品性能，而且人人都有時(shí)，就出現(xiàn)一種非常嚴(yán)重的產(chǎn)品淘汰形式。在這種情況下，如何保護(hù)專有IP投資和產(chǎn)品壽命，就成為一個(gè)要認(rèn)真考慮的問(wèn)題。除非你將關(guān)鍵元器件的標(biāo)識(shí)都去掉，否則，復(fù)制一個(gè)內(nèi)含標(biāo)準(zhǔn)元器件的傳統(tǒng)電路板級(jí)的產(chǎn)品是比較容易的。相比之下，從專用集成器件獲取并復(fù)制某些功能的各種方法，從經(jīng)濟(jì)上說(shuō)，通常都是不劃算的。 從全局考慮做出抉擇 我們要利用能夠獲得的信息做出盡可能最好的決定，但是，市場(chǎng)并不總長(zhǎng)久地支持我們的各種假設(shè)。當(dāng)市場(chǎng)改變你的抉擇的可行性時(shí)，請(qǐng)記住，改變產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)方法或改變你的與眾不同的重點(diǎn)，也許最終是明智的。應(yīng)該避免關(guān)鍵解決方案過(guò)于狹隘，應(yīng)該使你的實(shí)現(xiàn)方法成為一代代產(chǎn)品賴以發(fā)展的平臺(tái)或框架。開發(fā)產(chǎn)品的投入是一筆不小的遺產(chǎn)，或者將是一筆不小的遺產(chǎn)，如果你能在戰(zhàn)略上加以利用，那就能成為一種有競(jìng)爭(zhēng)力的資源。開發(fā)工具、設(shè)計(jì)過(guò)程、開發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施以及上述三者能產(chǎn)生的成果等的質(zhì)量，在許多方面都是與你當(dāng)前實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品的價(jià)格與性能一樣重要的，因?yàn)樗鼈儗⒂绊懳磥?lái)的考慮因素。 如果你不知道你要到哪里去、你將干什么以及你穿過(guò)什么其他衣服，你就不要選擇你的鞋子。同樣，選擇合適的處理器和邏輯實(shí)現(xiàn)方法也要求你確定產(chǎn)品的前景，不僅要考慮硬件和軟件，而且還要考慮它在系統(tǒng)中的什么地方適用、它將起什么作用，以及你的產(chǎn)品如何發(fā)展。把各種功能集成在一起并不局限于電子元器件。有時(shí)候，去掉系統(tǒng)中一個(gè)可移動(dòng)機(jī)械部件，換取電子電路更高的復(fù)雜性，也是很有意義的。你對(duì)系統(tǒng)的設(shè)想應(yīng)當(dāng)超越現(xiàn)有的產(chǎn)品，應(yīng)當(dāng)包括有組織的股份持有人，如工程人員、采購(gòu)人員、生產(chǎn)人員、質(zhì)保人員、銷售人員和技術(shù)支援人員。你對(duì)實(shí)現(xiàn)方法的決策可能會(huì)影響所有這些群體，反過(guò)來(lái)，他們也會(huì)影響到你的產(chǎn)品的成功與否。 |
