美國(guó)Globalpress公司舉辦的2007電子高峰會(huì)議上，舉辦了一場(chǎng)SoC(系統(tǒng)芯片)的專題討論會(huì)：設(shè)計(jì)師如何利用嵌入式軟件作為SoC器件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。會(huì)議上的專家各抒己見(jiàn)。
　　
完整方案比單個(gè)硬件重要 主持人: Gartner公司的高級(jí)分析師John Barber 軟件在嵌入式產(chǎn)品中的份量越來(lái)越重。自2000年來(lái)，價(jià)值觀念發(fā)生了巨大的變化，2000年以前，主張是器件，即讓我們的器件與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的性能、品質(zhì)進(jìn)行對(duì)比具有優(yōu)勢(shì)，這就是那時(shí)形成鮮明特色的關(guān)鍵。現(xiàn)今，制造商和客戶需要的是解決方案，而不僅僅是器件。我的價(jià)值主張，我的鮮明特色，必須是完整的解決方案，包括與硬件一塊推出的可以立即投入大批量制造的軟件棧。
　　
硬件與軟件將設(shè)法整合到單個(gè)流程 Mentor Graphics系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)總監(jiān)Bill Chown 我們過(guò)去所從事的是硬件設(shè)計(jì)，現(xiàn)在則還需要輔以軟件應(yīng)用方面的大量工作。但這兩者的“婚姻”卻并不幸福。在兩者之間，我們需要填補(bǔ)在基礎(chǔ)架構(gòu)方面的鴻溝，如今的硬件不是從頭設(shè)計(jì)的，需要進(jìn)行基礎(chǔ)架構(gòu)的復(fù)用。需要復(fù)用的包括處理單元、內(nèi)存、接口器件... ...許多基礎(chǔ)設(shè)計(jì)事先已經(jīng)被人們所了解、得到了分析和預(yù)先進(jìn)行了配置。我們需要把它插入到系統(tǒng)中，提供針對(duì)硬件的軟件能力，以及針對(duì)具體應(yīng)用的軟件能力。在用戶對(duì)硬件和應(yīng)用軟件的使用目標(biāo)的這兩個(gè)空間之間，我們必須確保能讓他們尋求到與他們的具體需求相應(yīng)的問(wèn)題所在，但是最大限度減小他們花在兩個(gè)空間之間的工作量。 EDA代表電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，但我們有時(shí)候會(huì)迷失，而忘卻了“自動(dòng)化”一詞正是我們?cè)谶@個(gè)空間中應(yīng)該完成的工作。我們應(yīng)該回顧在這個(gè)流程中應(yīng)該實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的對(duì)象是什么？那并不僅僅意味著工具的改進(jìn)，而且意味著我們能通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化來(lái)簡(jiǎn)化問(wèn)題。 總結(jié)一下，我們能讓人們?nèi)プ龅氖虑?，是從一個(gè)在系統(tǒng)空間中的概念設(shè)計(jì)，一直到完成整個(gè)流程。概念設(shè)計(jì)上的革新是關(guān)鍵，我們需要靈活多樣；隨著設(shè)計(jì)的進(jìn)行，我們需要嘗試不同的解決方案。如果我不知道我在做什么，就無(wú)法去嘗試替代方案。所以良好的分析將告訴我，我所做的工作將會(huì)把我?guī)蚝畏?。這些不同的任務(wù)中的每一項(xiàng)，都對(duì)應(yīng)著每一個(gè)團(tuán)隊(duì)所從事的領(lǐng)域。因此，這是一個(gè)復(fù)雜的世界，但我們將設(shè)法將其整合到一起。在實(shí)現(xiàn)整合的過(guò)程中，我們應(yīng)該能加速、改動(dòng)，并將來(lái)自于不同領(lǐng)域的軟件與硬件、系統(tǒng)與驗(yàn)證集成到單個(gè)流程中。
　　
軟件的關(guān)鍵作用是保證批量 MIPS Technologies公司市場(chǎng)行銷(xiāo)副總裁Jack Browne 在SoC設(shè)計(jì)時(shí)，我們所面臨的挑戰(zhàn)是多方面的。首先我們希望能向市場(chǎng)上推出種類(lèi)多樣的產(chǎn)品。以MIPS公司為例，有3種不同的微架構(gòu)系列，10種不同的處理器內(nèi)核。我們必須具有某種能讓我們能投入制造的業(yè)務(wù)模式，因?yàn)楸竟镜臉I(yè)務(wù)模式是基于IP(知識(shí)產(chǎn)權(quán))使用費(fèi)的，我們的年收入的一半來(lái)自于授權(quán)和版權(quán)使用費(fèi)?？蛻舻漠a(chǎn)品要達(dá)到制造批量，交貨則需要3～4年；他們拿到所設(shè)計(jì)出的芯片，要2年，然后他們?cè)僮孫EM來(lái)設(shè)計(jì)出系統(tǒng)，而這又要花上2年。所以，該供應(yīng)鏈有一個(gè)問(wèn)題：如果我的收入嚴(yán)格取決于制造批量，你應(yīng)該如何來(lái)支付這些開(kāi)發(fā)的費(fèi)用？費(fèi)用的支付要延后4年，財(cái)經(jīng)界是不能容忍戰(zhàn)略性項(xiàng)目上的虧損的，你必須展示出業(yè)務(wù)的良好性。 另外一個(gè)挑戰(zhàn)是，你希望進(jìn)入不同的、類(lèi)型各異的市場(chǎng)。其中每個(gè)市場(chǎng)的成功的臨界數(shù)量(客戶數(shù)量)是不同的。同時(shí)你還必須支持不同的OS(操作系統(tǒng))。你必須有解決所有這些問(wèn)題的方案。我們的做法是，承認(rèn)人們有一個(gè)平臺(tái)。軟件，無(wú)論是Linux還是其他的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，一直到應(yīng)用層次。我們所追求的關(guān)鍵一點(diǎn)，是使用硬件抽象層。從根本上來(lái)說(shuō)，如果我有兩家不同的客戶，他們決定購(gòu)買(mǎi)不同的套裝，或者甚至不同的USB控制器，則通過(guò)硬件抽象層，如你的PC中的BIOS，我可以實(shí)現(xiàn)不同的偏好，而不用移植操作系統(tǒng)。 你去考察供應(yīng)鏈上的不同玩家的商業(yè)模式的話，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，將操作系統(tǒng)移植到另一個(gè)硬件平臺(tái)上的工作并不能提供多少余地。如果你所選擇的應(yīng)用不對(duì)路的化，則很難實(shí)現(xiàn)足夠的產(chǎn)量。如果你考察如今的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視的話，就會(huì)發(fā)現(xiàn)其中有些采用了300萬(wàn)行的軟件。而你將看到2年后的HDTV將采用500萬(wàn)行的軟件，而且其中有16個(gè)處理器，用于處理不同的任務(wù)。 所以軟件的關(guān)鍵作用就是保證批量。如何找到一個(gè)合理的財(cái)經(jīng)運(yùn)作模式，是EDA、IP公司、半導(dǎo)體公司、軟件公司共同努力解決的挑戰(zhàn)。
　　
多處理器的軟件設(shè)計(jì)法 Tensilica公司市場(chǎng)行銷(xiāo)副總裁Steve Roddy 軟件的重要性到底有多高？有人認(rèn)為市場(chǎng)規(guī)模尚小，有些人認(rèn)為它很重要，另一些人則主張我們處在一個(gè)臨界階段，許多軟件都實(shí)現(xiàn)了移植。 3種觀點(diǎn)也許都是正確的，具體取決于其市場(chǎng)。但我想退一步思考一下處理器也許倒也無(wú)妨。一個(gè)有趣的問(wèn)題是，如今和未來(lái)的應(yīng)用應(yīng)該需要多少個(gè)處理器？這里借用ITRS(國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖)，來(lái)展示在每個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)著的、每個(gè)SoC上平均使用的處理器的數(shù)量(圖2)。當(dāng)前，ITRS宣稱每個(gè)SoC上平均有32個(gè)可編程器件。我們知道，有些可能數(shù)量會(huì)多些，有些則少些。Tensilica與Cisco合作，推出了基于130nm節(jié)點(diǎn)的、采用192個(gè)處理器的設(shè)計(jì)。所以處理器的數(shù)量會(huì)出現(xiàn)迅速增長(zhǎng)。而軟件正是在此之上運(yùn)行的。

圖2 2005 IRTS MPSoC 發(fā)展圖可看出，多核設(shè)計(jì)時(shí)代來(lái)到了 是的，軟件的復(fù)雜程度和架構(gòu)的復(fù)雜程度都正在增加。即便處理器的數(shù)量在增長(zhǎng)，它們并不全都一模一樣。這些器件上將出現(xiàn)多樣化的處理器。 關(guān)于嵌入式的設(shè)計(jì)，很明顯的一點(diǎn)是，軟件的形式必然迥異于普通的通用型軟件。事實(shí)上，嵌入式世界迥異于與通用型軟件世界。在通用型應(yīng)用的世界中，如Intel和AMD，在處理器上運(yùn)行的軟件在器件開(kāi)始推出時(shí)尚不為人所知。因此一般采用通用型的計(jì)算，對(duì)于通用型的計(jì)算，人們采用通用的SMP Die Bucket 架構(gòu)。在嵌入式世界中，如果你設(shè)計(jì)用于路由器的芯片的話，它就是供路由器專用的。優(yōu)點(diǎn)就在于你知道器件的用途，所以其設(shè)計(jì)會(huì)針對(duì)具體應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化，讓人們能利用專用的處理器，如可重構(gòu)的和可擴(kuò)展的處理器，以節(jié)省面積、成本和功耗。因此兩者的設(shè)計(jì)之道大相徑庭。擁有許多可重編程的處理器，并不意味著你有一個(gè)全新的世界。系統(tǒng)架構(gòu)和硬件架構(gòu)研發(fā)者努力解決這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)有幾十年了。他們將其稱為SoC，現(xiàn)在人們以處理器為單位進(jìn)行設(shè)計(jì)，而不是硬件模塊，他們?cè)谙到y(tǒng)中引入了許多軟件的東西。但這并不意味著在設(shè)計(jì)這些東西的方式上會(huì)遇到什么危機(jī)。 設(shè)計(jì)這些系統(tǒng)的風(fēng)格，仍然具有一個(gè)SoC只有一個(gè)處理器的年代的SoC設(shè)計(jì)、架構(gòu)所具備的那種多樣性。你可以讓處理器間具有一個(gè)看起來(lái)非常傳統(tǒng)的聯(lián)系，采用SMP通用型架構(gòu)，你可以讓處理器之間根據(jù)具體應(yīng)用來(lái)建立互動(dòng)關(guān)系，你可以在處理器間建立硬件風(fēng)格的數(shù)據(jù)流。事實(shí)上，某些處理器甚至根本都不清楚芯片上有其他處理器的存在。這些東西的實(shí)現(xiàn)有多種多樣的途徑，成功的關(guān)鍵是功能劃分，人們可以在功能模塊中放入標(biāo)準(zhǔn)、API，事實(shí)上，在這些系統(tǒng)上運(yùn)行的軟件，可以造成復(fù)雜性極大增長(zhǎng)，而我們?cè)趯?shí)現(xiàn)上仍然感受不到危機(jī)的存在，通過(guò)功能劃分，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的處理器、經(jīng)過(guò)優(yōu)化的API將通用型的程序與軟件的所有復(fù)雜性隔離開(kāi)來(lái)。

圖3 隨著處理器復(fù)雜度上升軟件比例上升 設(shè)計(jì)者完全可以利用直截了當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方法來(lái)掌握如此復(fù)雜的，設(shè)計(jì)數(shù)百萬(wàn)行程序的軟件工作。
　　
軟件發(fā)揮至關(guān)重要的作用 Wipro公司半導(dǎo)體/消費(fèi)事業(yè)單位副總裁Siby Abraham 今天，推動(dòng)半導(dǎo)體業(yè)發(fā)展的仍然是摩爾定律。對(duì)我來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)中如何放入更多的邏輯、在一定的芯片面積上能放入多少個(gè)晶體管這一問(wèn)題所帶來(lái)的痛苦和挑戰(zhàn)