推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)

行業(yè)趨勢(shì)
在2001年《半導(dǎo)體國(guó)際技術(shù)發(fā)展道路》(International Technology Roadmap for Semiconductors)的報(bào)道中指出，一個(gè)好的SoC系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器要有多種技術(shù)的集成、高性能、低功耗和低價(jià)格等特征。每一個(gè)新的技術(shù)工藝“節(jié)點(diǎn)”(如：0.13微米、0.09微米、0.07微米等)芯片面積平均以20%的比例增長(zhǎng)——即使新的工藝可以在相同的面積上集成更多的邏輯單元。每一次工藝提升，平均處理器的邏輯增加4倍，存儲(chǔ)器容量增加2~4倍。
產(chǎn)品功能的集成，如移動(dòng)電話(huà)向多功能PDA的轉(zhuǎn)變、數(shù)字播放器和游戲機(jī)的合成等，推動(dòng)著系統(tǒng)性能和復(fù)雜度的快速提高。通常每一個(gè)主要的功能都是一個(gè)獨(dú)立而復(fù)雜的子系統(tǒng)。對(duì)于那些開(kāi)發(fā)這類(lèi)產(chǎn)品的公司來(lái)講，開(kāi)發(fā)和維護(hù)這么一個(gè)龐大的系統(tǒng)正變得越來(lái)越困難。同時(shí)，消費(fèi)者不會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)品是多功能的就降低對(duì)每種功能的質(zhì)量要求。
為了有效執(zhí)行特定功能的高性能算法，終端產(chǎn)品中通常會(huì)整合進(jìn)一些特殊的硬件模塊來(lái)彌補(bǔ)CPU功能的不足。諸如Java、音頻、多媒體和3D圖像等都需要硬件加速器來(lái)保證需要的特殊性能。當(dāng)更多需要高性能保證算法出現(xiàn)的時(shí)候，軟件需要專(zhuān)門(mén)硬件配合的情況還將繼續(xù)下去。隨著軟件的復(fù)雜度超過(guò)硬件，許多嵌入式和平臺(tái)產(chǎn)品正在開(kāi)發(fā)和應(yīng)用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，以分離硬件和軟件接口。采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的用戶(hù)操作系統(tǒng)，如WindowsCE，能使最終上市的產(chǎn)品擁有盡可能多的應(yīng)用功能。另一方面，把一個(gè)操作系統(tǒng)移植到新的設(shè)計(jì)中來(lái)是一項(xiàng)非常艱巨的任務(wù)。它要求設(shè)計(jì)人員十分細(xì)致小心，且對(duì)系統(tǒng)平臺(tái)和操作系統(tǒng)本身的復(fù)雜特征十分了解。即使只是開(kāi)發(fā)一個(gè)穩(wěn)定的基礎(chǔ)水平設(shè)計(jì)——包括能夠運(yùn)行操作系統(tǒng)的軟件和硬件，都要付出相當(dāng)多的努力。
所有這些趨勢(shì)都將導(dǎo)致更長(zhǎng)的開(kāi)發(fā)時(shí)間和更高的開(kāi)發(fā)費(fèi)用。對(duì)于許多OEM來(lái)說(shuō)，他們的目標(biāo)是能夠在不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)之間分享某些基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)費(fèi)用，但同時(shí)在基礎(chǔ)之上又能夠依據(jù)不同的產(chǎn)品加入獨(dú)特而清晰的附加功能。這種分工、合作與競(jìng)爭(zhēng)并存的模型，已經(jīng)為許多希望控制開(kāi)發(fā)成本的公司所采納。無(wú)論是電信行業(yè)中共享的網(wǎng)絡(luò)，汽車(chē)制造商共享的汽車(chē)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，還是為復(fù)雜SoC開(kāi)發(fā)的IP，這種模型都建立在某些共同的標(biāo)準(zhǔn)之上。

標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)
10年或15年以前，ASIC中的控制功能幾乎都是由一組硬件控制器完成的。隨著ASIC功能的發(fā)展，控制也變得越來(lái)越復(fù)雜化，使用更靈活的固件意味著設(shè)計(jì)者可以開(kāi)發(fā)一個(gè)微處理器來(lái)完成ASIC中的控制功能。今天，很少的公司會(huì)考慮自己開(kāi)發(fā)CPU。復(fù)雜的嵌入式CPU開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)年，而購(gòu)買(mǎi)一個(gè)現(xiàn)成的解決方案可能是更好的選擇。
使用面向不同應(yīng)用的產(chǎn)品、專(zhuān)門(mén)方法、設(shè)計(jì)便利、軟件資源、全面的開(kāi)發(fā)工具、大量第三方產(chǎn)品和IP，有著不可抵擋的優(yōu)勢(shì)。ARM CPU發(fā)展的焦點(diǎn)在于維持和開(kāi)發(fā)ARM指令集體系結(jié)構(gòu)(ISA)標(biāo)準(zhǔn)。這是ARM體系結(jié)構(gòu)的藍(lán)圖，并且必須被小心控制，以保證ARM能夠繼續(xù)開(kāi)發(fā)高性能的內(nèi)核，而不會(huì)破壞在ARM周?chē)呀?jīng)建立起來(lái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。為了達(dá)到這個(gè)平衡，ISA也在增加。這種體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化和進(jìn)步為開(kāi)發(fā)人員、專(zhuān)業(yè)技術(shù)和工具流動(dòng)提供了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
隨著ARM ISA的發(fā)展，ARM內(nèi)核也在發(fā)展。“內(nèi)核”現(xiàn)在的定義通常包括緩沖存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器管理單元(MMU)，以及其他一些“緊密集成”的模塊。一般情況下，這些模塊必須設(shè)計(jì)成能與CPU和 ISA一起工作，并且可變動(dòng)的范圍極其有限。在系統(tǒng)級(jí)上來(lái)看，片上總線(xiàn)結(jié)構(gòu)——AMBA是另一個(gè)例子，從中可以看出一個(gè)成功的、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案是如何使設(shè)計(jì)和IP領(lǐng)域收益的。許多公司都在根據(jù)AMBA互連體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@符合他們的要求，并能使他們更容易從ARM和其他第三方處獲得與AMBA兼容的IP。像ARM體系結(jié)構(gòu)和AMBA片上總線(xiàn)結(jié)構(gòu)那樣的標(biāo)準(zhǔn)，可以使許多不同的公司共享一個(gè)硬件或軟件IP、專(zhuān)業(yè)技術(shù)和開(kāi)發(fā)方法。　
經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的方案通常風(fēng)險(xiǎn)較低——他們的市場(chǎng)動(dòng)力保證了其長(zhǎng)期而廣泛的可用性。從策略上看，為芯片復(fù)雜部分選擇現(xiàn)成的、經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的IP可以縮短產(chǎn)品上市時(shí)間、提高產(chǎn)品性能。如果嵌入式行業(yè)是互相孤立的或者建立在不兼容的內(nèi)核和IP基礎(chǔ)上的話(huà)，降低風(fēng)險(xiǎn)、提高質(zhì)量和縮短產(chǎn)品上市時(shí)間將會(huì)變得非常困難。
隨著SoC復(fù)雜化趨勢(shì)的加快，人們面臨的挑戰(zhàn)是，保證這個(gè)行業(yè)能夠繼續(xù)從分擔(dān)SoC設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)費(fèi)用中受益。其中最重要的是在內(nèi)核和系統(tǒng)總線(xiàn)的基礎(chǔ)上繼續(xù)推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化。

PrimeXsys回顧
ARM在2001年推出了首個(gè)PrimeXsys平臺(tái)：ARM926EJ-SPrimeXsys無(wú)線(xiàn)平臺(tái)(ARM926EJ-S PrimeXsys Wireless Platform ，即926 PWP)。這個(gè)平臺(tái)提供了一個(gè)可復(fù)用平臺(tái)解決方案，旨在支持PDA、2.5/3G手機(jī)、手持游戲機(jī)等高端用戶(hù)產(chǎn)品。其他基于操作系統(tǒng)的用戶(hù)產(chǎn)品，諸如音頻編解碼器或者視頻流式媒體，以及需要Java支持的應(yīng)用，都能從PrimeXsys平臺(tái)中獲益。與內(nèi)核一樣，926PWP含有其他模塊，如LCD控制器、向量斷點(diǎn)控制器、看門(mén)狗和計(jì)時(shí)器，幫助用戶(hù)的操作系統(tǒng)能夠在該裝置上正常啟動(dòng)。926PWP不僅提供可擴(kuò)展硬件IP，還包括驗(yàn)證方法、開(kāi)發(fā)工具、應(yīng)用軟件。最重要的是，還可以選擇一個(gè)移植好的操作系統(tǒng)。926PWP也能提供許多ARM PrimeCell外設(shè)庫(kù)中的外設(shè)元件。使用PrimeCell或其他ARM IP時(shí)，926 PWP可以發(fā)揮它的擴(kuò)展功能，諸如連接、存儲(chǔ)、音頻、視頻及圖像中的主要應(yīng)用。這些選項(xiàng)可以由自己的或第三方IP進(jìn)行補(bǔ)充組成完整系統(tǒng)，例如，無(wú)線(xiàn)基帶處理系統(tǒng)。
設(shè)計(jì)小組可以在926 PWP上建立起各自不同的ASIC，從一個(gè)能夠在平臺(tái)上啟動(dòng)的操作系統(tǒng)出發(fā)，直接達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。
開(kāi)發(fā)這些平臺(tái)，目的是要令開(kāi)發(fā)者將出發(fā)點(diǎn)從內(nèi)核或IP庫(kù)的層次轉(zhuǎn)移到另一個(gè)更高的水平上，同時(shí)，鼓勵(lì)個(gè)性鮮明的專(zhuān)用設(shè)計(jì)和努力縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。
基于平臺(tái)的設(shè)計(jì)并不意味著一個(gè)單一的體系結(jié)構(gòu)可以面向所有的應(yīng)用。為了得到一個(gè)最優(yōu)化的解決方案，工程師需要面向特定應(yīng)用特殊考慮。這種設(shè)計(jì)抽象層次的提升，為我們展示了一個(gè)新的平臺(tái)設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)——在現(xiàn)有的“內(nèi)核”的定義之上，但是又低于專(zhuān)用平臺(tái)的層次。

結(jié)語(yǔ)
現(xiàn)在的市場(chǎng)每天都需要新的技術(shù)，在這種不斷增長(zhǎng)的壓力下，ARM PrimeXsys解決方案很好地適應(yīng)了今天甚至明天芯片及設(shè)備生產(chǎn)商的軟硬件開(kāi)發(fā)需求。■