利用商業(yè)化平臺快速開發(fā)嵌入式系統(tǒng)

因此必須采取一定的措施來加快設計流程，提高設計質量，一種解決方案是采取現(xiàn)成可用的商業(yè)化平臺。在開發(fā)一個嵌入式設備時，除了考慮處理器架構、操作系統(tǒng)性能、以及其他組件之外，開發(fā)人員必須決定系統(tǒng)的哪些部分需要設計、哪些部分需要購買現(xiàn)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(guī)格的更改或疏忽都將導致漫長且成本高昂的延期。與此相對的，使用商業(yè)現(xiàn)成的平臺將增加產品的銷售成本，或者可能為一些不需要的特性而花費成本，但是通常來說，現(xiàn)成的系統(tǒng)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間內保證設計的質量。下文將闡述用于開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的兩種方案：自行設計或使用現(xiàn)成平臺，并且討論與這兩種方案相關的技術和經濟風險。

方案一：自行設計

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

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合。此外，其時鐘速率通常是10MHz的數量級，因此一般不能實現(xiàn)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題。但是應用程序可能需要進行復雜的驅動開發(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，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是一種專用的微處理器，它提供額外的指令以優(yōu)化特定的數學函數，例如乘法和累加操作。DSP對于計算繁重的應用場合來說是極為有用的，但是通常需要專業(yè)的知識來利用它的軟件性能。

4. 專用集成電路(ASIC)－ASIC芯片是專為某個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品成本等問題，ASIC被廣泛認為是一種極好的方案。但是，極為昂貴的ASIC開發(fā)和制造流程通常讓人望而卻步，一般僅限于具有極大產量的產品。

5. 現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)－FPGA在自定義的ASIC設計和現(xiàn)成的技術之間提供了極好的平衡。它們具有高度的專有化性能，同時可以通過編程重新配置邏輯模塊，因而其開發(fā)成本與ASIC相比要低得多。雖然FPGA可以被應用于各種場合，但是一般來說復雜的FPGA設計并不常見，因為對于大部分習慣于使用C語言進行順序編程的嵌入式軟件開發(fā)者來說，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，實時處理器用來管理網絡通信和用戶界面，而FPGA則負責與I/O模塊的接口和高速控制等任務。這種混合式架構在嵌入式系統(tǒng)設計中變得十分普遍。

圖1、混合式架構在嵌入式系統(tǒng)設計中變得十分普遍。在這種混合式架構中，實時處理器用來管理網絡通信和用戶界面，而FPGA則負責與I/O部件的接口和高速控制任務。

在確定了使用何種處理器技術之后，設計人員還需要完成I/O電路的開發(fā)。如果嵌入式系統(tǒng)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。模擬電路的設計同樣會遇到很多復雜的問題，限于篇幅本文不再贅述。

方案二：利用現(xiàn)有平臺

另外一種方案就是使用現(xiàn)成的平臺來開發(fā)嵌入式系統(tǒng)。雖然通常來說需要付出比板卡組件成本更高的價錢，但是可以顯著縮短產品進入市場的時間。除此之外，這些系統(tǒng)具有較好的可擴展性。隨著處理器技術的進步，嵌入式系統(tǒng)出現(xiàn)以下幾種不同的實現(xiàn)技術：