為什么硬件設計容易軟件難？

　　或許是我個(gè)人對于硬體的偏見(jiàn)吧!但根據我多年來(lái)的觀(guān)察，在嵌入式領(lǐng)域的硬體設計一向比軟體設計更簡(jiǎn)單。我在此所指的主要是指數位硬體設計，它能利用具有清楚定義輸入與輸出的邏輯模組。幾年前，你只需利用幾個(gè)LSI(大規模整合)與MSI(中等規模整合)元件，加上一些記憶體，然后連接在印刷電路板(PCB)上即可。這種硬體設計(至今仍然)是非常簡(jiǎn)單的。

　　如今，你可能會(huì )使用FPGA、記憶體，甚至一顆MCU。你還會(huì )用到一、兩個(gè)電源模組與連接器，以便連接到其他板卡或機箱。你甚至還可能利用一款無(wú)線(xiàn)周邊元件或一顆類(lèi)比數位轉換器(ADC)。

　　無(wú)論如何，這些都是非常明確定義的“模組”，具有標準的介面與匯流排。即使是FPGA，你也只是用了相同的設計手法——除非你得將幾個(gè)預定義的功能(IP核心)連接至標準的匯流排、記憶體以及幾個(gè)固定功能的周邊。

　　這樣的設計模式相當簡(jiǎn)單，而且已經(jīng)成功實(shí)現數十年了。只需連接一些明確定義的高性能模組(但我們在元件或IP核心中整合的功能越多，這些模組也越變越大)，就可以創(chuàng )造出所需的系統或子系統。一個(gè)搭載FPGA以及標準元件與連接器的典型電路板案例是Diligent Inc.針對Xilinx Zynq SoC FPGA系列推出的Zybo開(kāi)發(fā)套件。

　　硬體設計并不難

　　然而，當你必須為MCU或FPGA編寫(xiě)軟體時(shí)，最棘手部份才算開(kāi)始。硬體設計人員解決問(wèn)題的方式可能是先問(wèn)：“哪里有明確定義的模組可讓我用來(lái)打造軟體設計?”

　　我們會(huì )期待有高性能模組所用的介面、預先定義的記憶體模組來(lái)保存各種結構、圖表與初始化向量。有許多時(shí)候，硬體模組能夠輕松地利用參數與初始化暫存器加以客制化。但專(zhuān)為通用演算法與結構所用的客制化編碼模組在哪里呢?

　　現在，我們也許能幸運地找到馬達控制演算法或一些相當高階的數位訊號處理功能，但擁有無(wú)縫連接主模組的通用介面或記憶體緩沖結構的機會(huì )有多大?也許目前有許多驅動(dòng)器可用于連接至UART或乙太網(wǎng)路(Ethernet)埠等介面元件，但那些通常只是較低階的功能，主要在于使其易于控制MCU或FPGA上的硬體。

　　所以，我認為嵌入式軟體十分復雜，因為共同設計“流程”必須從頭開(kāi)始打造。嵌入式軟體設計并不容許直接套用硬體的設計“流程”——像硬體世界一樣提供一連串具有通用“匯流排”的標準軟體“元件”選擇。

　　但我經(jīng)常只是想編寫(xiě)幾個(gè)控制部份，可能再加上一種“特殊配方”的演算法。

　　數位硬體領(lǐng)域可以采用這種模組化的方式，為什么在軟體設計時(shí)卻不能?