推動標(biāo)準(zhǔn)的平臺

行業(yè)趨勢
在2001年《半導(dǎo)體國際技術(shù)發(fā)展道路》(International Technology Roadmap for Semiconductors)的報道中指出，一個好的SoC系統(tǒng)驅(qū)動器要有多種技術(shù)的集成、高性能、低功耗和低價格等特征。每一個新的技術(shù)工藝“節(jié)點”(如：0.13微米、0.09微米、0.07微米等)芯片面積平均以20%的比例增長——即使新的工藝可以在相同的面積上集成更多的邏輯單元。每一次工藝提升，平均處理器的邏輯增加4倍，存儲器容量增加2~4倍。
產(chǎn)品功能的集成，如移動電話向多功能PDA的轉(zhuǎn)變、數(shù)字播放器和游戲機的合成等，推動著系統(tǒng)性能和復(fù)雜度的快速提高。通常每一個主要的功能都是一個獨立而復(fù)雜的子系統(tǒng)。對于那些開發(fā)這類產(chǎn)品的公司來講，開發(fā)和維護這么一個龐大的系統(tǒng)正變得越來越困難。同時，消費者不會因為產(chǎn)品是多功能的就降低對每種功能的質(zhì)量要求。
為了有效執(zhí)行特定功能的高性能算法，終端產(chǎn)品中通常會整合進一些特殊的硬件模塊來彌補CPU功能的不足。諸如Java、音頻、多媒體和3D圖像等都需要硬件加速器來保證需要的特殊性能。當(dāng)更多需要高性能保證算法出現(xiàn)的時候，軟件需要專門硬件配合的情況還將繼續(xù)下去。隨著軟件的復(fù)雜度超過硬件，許多嵌入式和平臺產(chǎn)品正在開發(fā)和應(yīng)用實時操作系統(tǒng)，以分離硬件和軟件接口。采用一個標(biāo)準(zhǔn)的用戶操作系統(tǒng)，如WindowsCE，能使最終上市的產(chǎn)品擁有盡可能多的應(yīng)用功能。另一方面，把一個操作系統(tǒng)移植到新的設(shè)計中來是一項非常艱巨的任務(wù)。它要求設(shè)計人員十分細(xì)致小心，且對系統(tǒng)平臺和操作系統(tǒng)本身的復(fù)雜特征十分了解。即使只是開發(fā)一個穩(wěn)定的基礎(chǔ)水平設(shè)計——包括能夠運行操作系統(tǒng)的軟件和硬件，都要付出相當(dāng)多的努力。
所有這些趨勢都將導(dǎo)致更長的開發(fā)時間和更高的開發(fā)費用。對于許多OEM來說，他們的目標(biāo)是能夠在不同的產(chǎn)品設(shè)計之間分享某些基礎(chǔ)開發(fā)費用，但同時在基礎(chǔ)之上又能夠依據(jù)不同的產(chǎn)品加入獨特而清晰的附加功能。這種分工、合作與競爭并存的模型，已經(jīng)為許多希望控制開發(fā)成本的公司所采納。無論是電信行業(yè)中共享的網(wǎng)絡(luò)，汽車制造商共享的汽車開發(fā)平臺，還是為復(fù)雜SoC開發(fā)的IP，這種模型都建立在某些共同的標(biāo)準(zhǔn)之上。

標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)
10年或15年以前，ASIC中的控制功能幾乎都是由一組硬件控制器完成的。隨著ASIC功能的發(fā)展，控制也變得越來越復(fù)雜化，使用更靈活的固件意味著設(shè)計者可以開發(fā)一個微處理器來完成ASIC中的控制功能。今天，很少的公司會考慮自己開發(fā)CPU。復(fù)雜的嵌入式CPU開發(fā)時間長達數(shù)年，而購買一個現(xiàn)成的解決方案可能是更好的選擇。
使用面向不同應(yīng)用的產(chǎn)品、專門方法、設(shè)計便利、軟件資源、全面的開發(fā)工具、大量第三方產(chǎn)品和IP，有著不可抵擋的優(yōu)勢。ARM CPU發(fā)展的焦點在于維持和開發(fā)ARM指令集體系結(jié)構(gòu)(ISA)標(biāo)準(zhǔn)。這是ARM體系結(jié)構(gòu)的藍(lán)圖，并且必須被小心控制，以保證ARM能夠繼續(xù)開發(fā)高性能的內(nèi)核，而不會破壞在ARM周圍已經(jīng)建立起來的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。為了達到這個平衡，ISA也在增加。這種體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化和進步為開發(fā)人員、專業(yè)技術(shù)和工具流動提供了一個堅實的基礎(chǔ)。
隨著ARM ISA的發(fā)展，ARM內(nèi)核也在發(fā)展?！皟?nèi)核”現(xiàn)在的定義通常包括緩沖存儲器和存儲器管理單元(MMU)，以及其他一些“緊密集成”的模塊。一般情況下，這些模塊必須設(shè)計成能與CPU和 ISA一起工作，并且可變動的范圍極其有限。在系統(tǒng)級上來看，片上總線結(jié)構(gòu)——AMBA是另一個例子，從中可以看出一個成功的、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案是如何使設(shè)計和IP領(lǐng)域收益的。許多公司都在根據(jù)AMBA互連體系進行設(shè)計，因為這符合他們的要求，并能使他們更容易從ARM和其他第三方處獲得與AMBA兼容的IP。像ARM體系結(jié)構(gòu)和AMBA片上總線結(jié)構(gòu)那樣的標(biāo)準(zhǔn)，可以使許多不同的公司共享一個硬件或軟件IP、專業(yè)技術(shù)和開發(fā)方法。　
經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化的方案通常風(fēng)險較低——他們的市場動力保證了其長期而廣泛的可用性。從策略上看，為芯片復(fù)雜部分選擇現(xiàn)成的、經(jīng)過驗證的IP可以縮短產(chǎn)品上市時間、提高產(chǎn)品性能。如果嵌入式行業(yè)是互相孤立的或者建立在不兼容的內(nèi)核和IP基礎(chǔ)上的話，降低風(fēng)險、提高質(zhì)量和縮短產(chǎn)品上市時間將會變得非常困難。
隨著SoC復(fù)雜化趨勢的加快，人們面臨的挑戰(zhàn)是，保證這個行業(yè)能夠繼續(xù)從分擔(dān)SoC設(shè)計的開發(fā)費用中受益。其中最重要的是在內(nèi)核和系統(tǒng)總線的基礎(chǔ)上繼續(xù)推動標(biāo)準(zhǔn)化。

PrimeXsys回顧
ARM在2001年推出了首個PrimeXsys平臺：ARM926EJ-SPrimeXsys無線平臺(ARM926EJ-S PrimeXsys Wireless Platform ，即926 PWP)。這個平臺提供了一個可復(fù)用平臺解決方案，旨在支持PDA、2.5/3G手機、手持游戲機等高端用戶產(chǎn)品。其他基于操作系統(tǒng)的用戶產(chǎn)品，諸如音頻編解碼器或者視頻流式媒體，以及需要Java支持的應(yīng)用，都能從PrimeXsys平臺中獲益。與內(nèi)核一樣，926PWP含有其他模塊，如LCD控制器、向量斷點控制器、看門狗和計時器，幫助用戶的操作系統(tǒng)能夠在該裝置上正常啟動。926PWP不僅提供可擴展硬件IP，還包括驗證方法、開發(fā)工具、應(yīng)用軟件。最重要的是，還可以選擇一個移植好的操作系統(tǒng)。926PWP也能提供許多ARM PrimeCell外設(shè)庫中的外設(shè)元件。使用PrimeCell或其他ARM IP時，926 PWP可以發(fā)揮它的擴展功能，諸如連接、存儲、音頻、視頻及圖像中的主要應(yīng)用。這些選項可以由自己的或第三方IP進行補充組成完整系統(tǒng)，例如，無線基帶處理系統(tǒng)。
設(shè)計小組可以在926 PWP上建立起各自不同的ASIC，從一個能夠在平臺上啟動的操作系統(tǒng)出發(fā)，直接達到預(yù)期的設(shè)計目的。
開發(fā)這些平臺，目的是要令開發(fā)者將出發(fā)點從內(nèi)核或IP庫的層次轉(zhuǎn)移到另一個更高的水平上，同時，鼓勵個性鮮明的專用設(shè)計和努力縮短產(chǎn)品上市時間。
基于平臺的設(shè)計并不意味著一個單一的體系結(jié)構(gòu)可以面向所有的應(yīng)用。為了得到一個最優(yōu)化的解決方案，工程師需要面向特定應(yīng)用特殊考慮。這種設(shè)計抽象層次的提升，為我們展示了一個新的平臺設(shè)計出發(fā)點——在現(xiàn)有的“內(nèi)核”的定義之上，但是又低于專用平臺的層次。

結(jié)語
現(xiàn)在的市場每天都需要新的技術(shù)，在這種不斷增長的壓力下，ARM PrimeXsys解決方案很好地適應(yīng)了今天甚至明天芯片及設(shè)備生產(chǎn)商的軟硬件開發(fā)需求?！?/span>