利用商業(yè)化平臺快速開(kāi)發(fā)嵌入式系統

因此必須采取一定的措施來(lái)加快設計流程，提高設計質(zhì)量，一種解決方案是采取現成可用的商業(yè)化平臺。在開(kāi)發(fā)一個(gè)嵌入式設備時(shí)，除了考慮處理器架構、操作系統性能、以及其他組件之外，開(kāi)發(fā)人員必須決定系統的哪些部分需要設計、哪些部分需要購買(mǎi)現成設備。如果采用自行設計的方案，其優(yōu)勢在于可以全面地自定義最終的解決方案并優(yōu)化成本，但是任何設計規格的更改或疏忽都將導致漫長(cháng)且成本高昂的延期。與此相對的，使用商業(yè)現成的平臺將增加產(chǎn)品的銷(xiāo)售成本，或者可能為一些不需要的特性而花費成本，但是通常來(lái)說(shuō)，現成的系統提供了更快的驗證周期，因而也就具有更為快捷的設計流程，從而在更短的上市時(shí)間內保證設計的質(zhì)量。下文將闡述用于開(kāi)發(fā)嵌入式系統的兩種方案：自行設計或使用現成平臺，并且討論與這兩種方案相關(guān)的技術(shù)和經(jīng)濟風(fēng)險。

方案一：自行設計

在開(kāi)發(fā)之前，需要為系統的核心控制部分選擇一種處理器技術(shù)。例如以下五種技術(shù)：

1. 微控制器－微控制器的成本極為低廉，并且通常在單一的芯片上提供了集成的解決方案，且包括I/O外圍設備。它們通常帶有極小的片上存儲容量，而且難以用于復雜性高和需要擴展的場(chǎng)合。此外，其時(shí)鐘速率通常是10MHz的數量級，因此一般不能實(shí)現高性能的控制循環(huán)。

2. 微處理器－和微控制器相比，微處理器的時(shí)鐘速率更高且通常具有外部存儲接口，因而性能和擴展性并不成問(wèn)題。但是應用程序可能需要進(jìn)行復雜的驅動(dòng)開(kāi)發(fā)，因為微處理器通常并不帶有片上模擬外圍設備。此外，微處理器可能需要高密度的封裝技術(shù)，例如球柵陣列封裝(ball-grid array，即BGA)，這將導致較復雜的制造流程，增添了更為困難的硬件調試工作。

3. 數字信號處理器(DSP)－DSP是一種專(zhuān)用的微處理器，它提供額外的指令以?xún)?yōu)化特定的數學(xué)函數，例如乘法和累加操作。DSP對于計算繁重的應用場(chǎng)合來(lái)說(shuō)是極為有用的，但是通常需要專(zhuān)業(yè)的知識來(lái)利用它的軟件性能。

4. 專(zhuān)用集成電路(ASIC)－ASIC芯片是專(zhuān)為某個(gè)特定的應用而設計的，不具有通用性。對于解決諸如功耗和產(chǎn)品成本等問(wèn)題，ASIC被廣泛認為是一種極好的方案。但是，極為昂貴的ASIC開(kāi)發(fā)和制造流程通常讓人望而卻步，一般僅限于具有極大產(chǎn)量的產(chǎn)品。

5. 現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)－FPGA在自定義的ASIC設計和現成的技術(shù)之間提供了極好的平衡。它們具有高度的專(zhuān)有化性能，同時(shí)可以通過(guò)編程重新配置邏輯模塊，因而其開(kāi)發(fā)成本與ASIC相比要低得多。雖然FPGA可以被應用于各種場(chǎng)合，但是一般來(lái)說(shuō)復雜的FPGA設計并不常見(jiàn)，因為對于大部分習慣于使用C語(yǔ)言進(jìn)行順序編程的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，VHDL編程格式顯得十分陌生。

在許多情況下，單一的處理器技術(shù)并不足以解決應用的需求，因此，混合式架構逐漸成為發(fā)展的方向。如圖1所示，實(shí)時(shí)處理器用來(lái)管理網(wǎng)絡(luò )通信和用戶(hù)界面，而FPGA則負責與I/O模塊的接口和高速控制等任務(wù)。這種混合式架構在嵌入式系統設計中變得十分普遍。

圖1、混合式架構在嵌入式系統設計中變得十分普遍。在這種混合式架構中，實(shí)時(shí)處理器用來(lái)管理網(wǎng)絡(luò )通信和用戶(hù)界面，而FPGA則負責與I/O部件的接口和高速控制任務(wù)。

在確定了使用何種處理器技術(shù)之后，設計人員還需要完成I/O電路的開(kāi)發(fā)。如果嵌入式系統中存在任何的模擬信號，那么就需要使用模數轉換器(ADC)、數模轉換器(DAC)、以及相應的軟件驅動(dòng)。模擬電路的設計同樣會(huì )遇到很多復雜的問(wèn)題，限于篇幅本文不再贅述。

方案二：利用現有平臺

另外一種方案就是使用現成的平臺來(lái)開(kāi)發(fā)嵌入式系統。雖然通常來(lái)說(shuō)需要付出比板卡組件成本更高的價(jià)錢(qián)，但是可以顯著(zhù)縮短產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間。除此之外，這些系統具有較好的可擴展性。隨著(zhù)處理器技術(shù)的進(jìn)步，嵌入式系統出現以下幾種不同的實(shí)現技術(shù)：