POA为嵌入式设备提供了什么

作者：Jerry Gipper

设计嵌入式计算机系统总是很困难的。具有不断提高的性能水平和更小包装的创新技术每天都面临着新的障碍。幸运的是，供应商正在通过推广面向平台的架构 （POA） 的概念来简化设计，它提供了一种向上移动供应链并使设计和集成工作更加顺利的方式。正如政客们使用他们的平台来启动他们的计划一样，POA 为嵌入式设备提供了一个跳板。所以问题是，在开始你的下一个项目之前，你应该对平台有什么了解？

POA 定义

面向平台的架构的定义从软件到芯片到电路板到系统略有不同，但概念保持不变。它是一个有界和集成的组件套件，由软件和硬件之一或两者组成，经过优化，可以进一步集成到特定应用的最终产品中。高级平台结合了硬件和相关软件，旨在作为许多不同系统集成的基础。许多其他设备，例如片上系统 （SoC）、特定应用标准产品 （ASSP）、SBC 和各种组合的系统，现在都被视为平台。

“终极面向平台的架构是 FPGA，因为你可以用它做任何事情，”Certicom 产品管理高级总监 Craig Rawlings 断言。‚Äú 做一些普遍的事情的想法是一个白日梦。但是，如果我们将问题绑定起来，那么它就很有意义，您可以通过简化许多选项的方式来确定范围，并节省研发和制造费用。

平台是如何演变的

在电子产品的早期，设备通常是为特定目标定制设计的。硬件和软件都是从零开始设计的，并且需要很长时间才能开发出来。随着市场的成熟，供应商开始预测开发商的需求，但他们这样做的方式很随意。他们试图最大限度地扩大市场覆盖率并设计为尽可能多的用户服务的产品。通用处理器、计算机板和实时操作系统 （RTOS） 应运而生。开发人员必须强制安装或调整组件以满足其特定的应用程序要求。

Rawlings 推测系统架构师介入并说，“让我们”不构建一个试图成为每个人的一切的架构。“”他们提议为 PDA 或移动电话构建一个平台，“”具有绑定功能的更具体的东西已知要求。设计人员无需构建三个芯片或电路板，而是可以构建一个具有可选择模式的芯片或电路板，这些模式可以关闭和打开。

最终，供应商开始与市场上的其他公司结成联盟，为嵌入式系统开发人员提供更完整的解决方案。早期的尝试是覆盖尽可能多的设计基础的松散联盟或生态系统。这使开发人员更容易获得所有正确的部分，但它仍然是产品完成的漫长道路。设计师不得不联系多个来源并与之合作，缺乏完全兼容甚至可用的保证。

这些联盟和生态系统随着时间的推移而演变。在许多情况下，这些技术组合成一个包，使开发路径更加顺畅和高效。供应商开始谈论通过提供更完整和集成的解决方案来提升供应链。随着电子硬件和软件供应商开始针对特定的应用领域，这种策略变得更加有效。集成了各种硬件和软件组件，平台概念停滞不前。

随着时间的推移，PC 成为占主导地位的通用平台。然而，许多嵌入式应用程序无法使用 PC 平台，因为它们具有尺寸、重量和功率限制，使得使用 PC 变得不切实际。这个问题导致了解决嵌入式应用程序特定需求的平台的开发。定义和开发了特定于市场应用程序的功能，从移动设备到通信基础设施。

平台组件

在许多方面，POA 就像俄罗斯套娃一样，它们可以从 IP 层开始嵌套，一直到打包的系统级别（参见图 1 中的插图）。随着集成变得更加复杂，每层都包含附加功能和价值。IP被封装到一个平台中，可以更容易地集成到芯片组中；芯片组被封装到使电路板设计更容易的设备中；板被封装到平台中，使系统集成更容易；系统的打包方式可以更容易地增加最终的价值层。

芯片、电路板和系统

硬件平台包括适用于某些应用程序的处理元件、内存和用户 I/O。SoC 通常针对特定应用，根据定义使其成为入门级平台。ASSP 专为非常有针对性的应用程序而设计，因此被视为平台。添加一些特定的软件来支持硬件，您将获得一个更加强大和完整的平台。半导体供应商通常会采取下一步行动，开发参考设计，其中不仅包括处理器，还包括可加快产品在最终设计中使用的制造板和软件包。

Xilinx 最近推出的 Spartan-6 和 Virtex-6 产品中突出提到了平台。“我们正在达到一个临界点，FPGA 成为电子制造商的主流芯片平台，这些电子制造商需要定制以使其产品与众不同，但面临着令人难以置信的 ASIC 开发成本，”Xilinx 总裁兼首席执行官 Moshe Gavrielov 评论道。“但是，为了让客户增加对 FPGA 的采用，我们必须提供一个全面的设计环境，使全球设计团队能够解决“可编程命令”，并在这些充满挑战的经济和商业条件下更快地交付产品。

Xilinx 目标设计平台战略包含五个关键要素的集成：

新的 Xilinx Virtex-6 和 Spartan-6 FPGA
支持和集成经过行业验证的方法的设计环境
采用行业标准 FPGA 夹层连接器的可扩展板和套件
可插接式 IP 核
强大的参考设计

这些元素在最近的另一款产品首次亮相中被强调为重要特征。CEVA HD-Audio 解决方案由软件开发套件 （SDK） 提供支持，其中包括软件开发工具、开发板、软件系统驱动程序和 RTOS，以实现快速、轻松的系统开发和集成。CEVA-HD-Audio 由来自第三方开发社区的广泛算法和应用程序进一步补充。

我们

操作系统平台由一套集成的模块组成：操作系统、固件和运行目标设备的设备驱动程序、外围设备、文件系统、库、用于连接的通信协议和用户应用程序。操作系统供应商已将附加软件的集成层扩展到其核心操作系统中，以整合大部分软件，从而更容易专注于最终应用程序。他们不断改进 API，无需担心行业内所需的常规中间件。

工具

平台策略也适用于开发工具。IBM Rational 的架构和建模总监 Greg Sykes 指出，将工具打包到特定于某些细分市场的平台中会受益匪浅。许多公司，如手机和汽车制造商，都有自己的程序管理和开发方法。制作符合熟悉外观和感觉的平台，并提供让设计人员快速创建应用程序所需模块的工具，可以节省大量的实验室时间。

使用平台的好处

平台解决了硬件和软件组件选择所涉及的问题，并减轻了集成和调试设计的挑战，更不用说减少跟踪开发完整产品所需的所有各种组件的麻烦。今天，供应商倾向于专注于嵌入式计算机系统所需的硬件或软件方面。由于这种专业化，很难为最终设计找到剩余的组件。

其他供应商通过将专用组件集成到平台中来缓解这一挑战。集成级别的范围可以从简单地提供参考（在这种情况下它可能不是真正的平台解决方案）到完全集成和测试的配置。如果一切按计划进行，平台集成度越高，最终产品的质量和可靠性就越高。

根据风河的说法，在设计和测试时考虑到平台策略的开发工具可以为开发人员提供对整个平台的可见性：应用程序代码、第三方库和操作系统。开发人员可以在系统仍在运行时监控变量、优化性能并发现内存问题。

“日益激烈的竞争以及充满挑战的经济条件进一步要求组织实施创新服务，以降低成本并简化运营，”IHL 集团总裁 Greg Buzek 表示。‚Äú通过与外围设备的即插即用连接，嵌入式操作系统（例如 Windows Embedded POSReady 2009）为零售商所需的系统组件和软件提供了灵活性，使他们能够降低拥有成本并提高前端的效率。‚Äù

有针对性的 POA 有助于使软件和硬件设计人员能够利用开放标准、通用设计方法、开发工具和运行时平台。这使设计人员可以花费更少的时间来开发应用程序基础架构，而将更多时间用于将差异化功能构建到最终应用程序中。

一体化

集成推动了平台的许多其他优势，通过某种程度的即插即用支持，可以更轻松地添加和替换组件。“我们的工作是将所有这些东西整合在一起，并使其适用于特定的架构，”MontaVista 营销总监 Dan Cauchy 评论道。

‚Äú在某些情况下，我们自己编写了很多这样的东西 ‚Äì 例如，将 Mozilla 浏览器移植到 ARM。

Cauchy 提到，要在高质量水平上实现集成需要员工多年的工作。“设备制造商告诉我们，这真的很有价值，因为他们从一个完整的解决方案开始，最重要的是，它得到了 MontaVista 的完全支持，”他说。

特性和常用接口

目标 POA 具有适合目标应用程序的一组功能和接口。这些选择经过深思熟虑，并通过了目标行业的审查。供应商需要了解他们的客户市场才能做出正确的选择。

操作系统平台提供了一个通用的 API，最大限度地减少甚至消除了为硬件而烦恼的需要。程序员可以编写更通用的接口，而不必担心设备的细节。在硬件方面，提供了以太网、USB、CAN 等接口以及其他特定于应用程序的选择。

知识产权许可

随着公司试图更快地进入市场，而其他公司试图专业化，第三方 IP 的使用量猛增。这以许可的形式造成了巨大的障碍，管理和监控可能非常复杂和昂贵。将 IP 管理的负担转嫁给平台供应商可以减轻这种痛苦。

存货

POA 可以以许多积极的方式影响库存。精心设计的平台可以快速配置，以满足多个客户在自定义配置中的需求。例如，芯片组供应商可以大量构建单个超集产品，同时根据每个客户的要求按需启用特定功能。这允许供应商预测零件的集合，而不是每个单独的配置。这意味着更少的库存、更高的运营效率和更少的价格侵蚀，因为他们不会试图清理库存。

调试

使用平台意味着在故障排除时不需要触及所有模块。平台组件通常要经过严格的调试过程，然后才能被其他客户部署到许多其他相关设计中。POA 通常具有更好的调试界面，可以使整个过程更容易，因为它的设计考虑了完整的平台。

测试

许多接口都有行业测试套件，以确保该功能正常运行。例如，USB 拥有由 USB 实施者论坛开发的测试套件和一致性测试。如果平台提供商已经完成了测试，这就消除或减少了在下一步进行相同级别测试的需要。在具有许多接口的高度复杂的系统中，这可以节省时间和成本。

标准和支持不断变化的标准的能力

整个嵌入式社区的组织开发和宣传行业成功所必需的标准。平台供应商通常是标准组织的关键成员，影响标准的方向并确保其成功开发。当今嵌入式设备中使用的许多标准都是新的或不断变化的。平台开发人员可以通过跟踪最新发展来减轻设计工程师的负担，并在它们可用时将它们整合到平台中。您不必跟踪所有细微差别、开发解决方案，然后弄清楚如何集成和测试。

定制

实际上，设备制造商总是需要某种程度的定制，因为每个设备都有点不同。完善的 POA 为客户或在平台提供商的帮助下进行一定程度的定制留出了空间。许多供应商都有设计服务团队，可以聘请他们来增加适当程度的定制，以帮助您的产品在市场上脱颖而出。供应商拥有内部优势，因为他们非常了解平台。他们在协助定制时使用从客户那里收到的意见，以便在下一代平台中融入额外的价值。

图 2： Montabello 是一个基于 Linux 的软件平台，它为移动互联网设备提供了一套集成的应用程序。

上市时间

任何尝试过收集、集成和测试所有正确部分的人都知道使用完善的 POA 可以节省多少时间。MontaVista Software 的首席执行官 Russell Harris 表示，“对于制造商而言，能够快速、高效且在预算内将产品推向市场非常重要”。通过利用像 Montabello（图 2）这样的平台，我们的设备客户可以专注于构建最好的产品，而不是开发复杂的软件基础架构。设备制造商在他们的项目上获得 6-12 个月的领先优势，从而缩短了上市时间，并使他们能够实现显着的开发成本节约。

更低的花费

前面提到的所有好处都涉及一些成本节约因素。学习如何利用这些好处可以最大化您的投资。

图 3： Windows Embedded POSReady 2009 有助于将服务点 （POS） 系统从交易处理过渡到增强的客户服务。

风险管理

POA 可以显着降低设计中的风险。许多客户为平台架构做出了贡献，并将其暴露在无数测试和使用场景中，这些场景以您可能没有考虑过的方式来衡量设计。如果您遇到设计问题，平台供应商会提供额外的专业知识，您可以依靠这些专业知识。

客户忠诚度

每个供应商都努力建立忠诚的客户群，而 POA 是培养这种忠诚度的绝佳方式。所有的好处对客户来说都是显而易见的，他们通过坚持供应商来表达他们的感激之情。供应商面临着保持平台相关性和高质量的压力。

“在一个日益互联的世界中，零售和酒店企业需要有助于从交易处理过渡到增强客户服务和建立关系的技术，”Microsoft Windows Embedded 营销高级总监 Ilya Bukshteyn 断言。Windows Embedded POSReady 2009（图 3）专为帮助实现这一转变而设计。借助 Microsoft Silverlight、.NET Framework 3.5 和 Windows Presentation Foundation 等 Windows 技术，该平台可实现差异化且引人注目的用户体验，从而提高客户忠诚度。

缺点：被锁定

POA 的缺点首先是被锁定在包含可能无法完全或正确满足您的产品需求的子组件的特定平台中。由于子组件集成到 POA 中，更改子组件有时会很困难或不可能。如果您认为这将是您在开发过程中可能需要做的事情，那么您应该询问平台组件是否可互换。这就是标准可以提供帮助的地方。正确实施战略标准可以使子组件更具互换性。

有时平台的功能太少或太多。添加或删除子组件可能非常困难或成本过高。再次，确保验证平台架构的可扩展性。