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面對下一波消費性電子功能整合 軟體開發環境何去何從?

上網時間: 2006年08月16日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:軟體開發環境  消費性電子  多核心處理器  功能整合  MPSoC 

你是否覺得“軟體開發環境(Software development environments)”這個詞彙聽著就像是podcast (即“播客”,是由iPod和Broadcast合成所創造的新詞,此處代表新奇的詞彙)一樣新奇?軟體開發環境這個詞曾經用在手機上,而現在正成為多功能整合的“犧牲品”。你是否對消費性電子下一波的功能整合心存疑慮呢?

價格低廉、高速、高功效、高可靠性的晶片一直以來推動著消費性電子的成長,然而目前的設計方法在研發更高性能的晶片時失效,人們擔心電子產業會止步於發展下一代平台的門檻前,於是迫切需要創新的思維來指導多個層次的設計和驗證--包括硬體、軟體、架構以及驗證。

消費電子市場上第一代平台的典型產品有飛利浦(Phillip)的Nexperia,德州儀器(Texas Instrument)的OMAP,意法半導體(STMicroelectronics)的Nomadik。Nexperia平台構架下的晶片上整合了3個處理器以及約20個專用硬體元件。一個平台的研發需要大約200億到1,000億美元的巨額投資,除上市時間外,市場上產品的生存週期也需要最佳化,以獲得滿意的投資回報。這反過來促進了在處理器上更為靈活地使用軟體的趨勢。

然而,功耗成為重要的制約因素。桌面處理器停留在4GHz,嵌入式處理器同樣由於功耗和時脈頻率的限制而止步在1GHz。如果使用10個功耗只有原來單個處理器1/100的處理器來做代替,我們可以得到相同的處理性能,卻只擁有原先1/10的功耗。但現實是,產業界仍然缺少在多個處理器上高效率分配和執行軟體的方法。

這樣的狀況可能意味著電子產業短期發展會受阻,同時也為積極掌握它的人們提供了長遠的商機。隨著產業向前推進,開發和設計多處理器系統級晶片(MPSoC)將需要軟體、硬體乃至設計流程無縫接合的開發環境所提供的統一的系統設計自動化方法。

這樣的改變也將對電子產業進行架構重組。例如開發Nexperia的單位變成了數個軟體公司,相關軟體研發人員的數量也超過了硬體設計人員。隨著每個MPSoC中平均使用的處理器之數量成長,以及程式設計師發現目前的工具無法勝任新的多處理器或多核心晶片,這種趨勢越來越明顯。

誰將抓住這個發展商機呢?這需要認識MPSoC對軟體開發環境的提出的基本要求。軟體開發者不能等待晶片來除錯軟體,因為晶片本身也融入了軟體。硬體開發者意識到MPSoC結構的定義和劃分已經成為了軟體問題的一部份。

對一個花費了大量精力建置的矽平台來說,若不能滿足目標應用市場的需求,實在是不幸的結果。更多的處理器和核心意味著需要更大的靈活性,處理器的數量以及相應的配置需依據應用軟體要求而定。

首先,為了評估不同的配置選項,設計團隊需要使用超越現有工具能力的工具進行軟硬體協同的快速模擬。目前,基於單晶片的指令集模擬器(instruction set simulator,ISS)的軟體能以數百萬指令每秒(MIPS)的速度進行模擬。當目標為10個、20個甚至50個處理器,並試圖執行一個重要的應用部份(如30秒的多媒體音視訊)時,目前方法所能提供的模擬能力並不能有效地提升以滿足需求。

其次,現在的嵌入式除錯方案都是基於單處理器,沒有考慮應用程式分配到10、20甚至50個處理器時的平行除錯的要求。最後,現在的公司都在開發針對單處理器的應用。缺少現實的實踐使得應用編程中平行設計描述,以及如何在MPSoC平台上映射和分配軟體仍然存在很大的未知性。

誰來面對這個挑戰?硬體那一邊還是軟體那一邊?誰來進行投資?誰願意負擔風險?

硬體設計師習慣於花錢進行快速的模擬和除錯,而軟體設計者在開放性軟體風行的時代?用著幾乎免費的工具如GCC和GDB。軟體研發人員希望得到晶片的同時也能得到軟體開發環境,這種期望使得這樣的趨勢愈加明顯。垂直整合半導體廠商(IDM)如TI和Philips深知這點,因此最近僱用了比硬體研發更多的軟體研發人員來為他們的晶片提供支援。

需求以及未來趨勢的關鍵點,就在於新的系統設計自動化模式,唯有軟硬體設計者的合作才可行。硬體廠商支援著這一切,在提供晶片的同時向用戶──軟體開發者提供支援他們晶片平台的軟體開發環境。否則軟體開發者將會依據自己的應用需求,轉向使用別的編程更加容易的MPSoC。

為這樣的系統設計提供新的方法學就成為另一個巨大的挑戰,尤其需要打破EDA與嵌入式軟體間的陳規舊律。當一個設計團隊能夠為一系列不同的處理器設計功能,順暢地除錯並同時驗證軟硬體,這樣的設計模式將帶來極大的好處。新的設計方式可提供價格更低廉、高效、高功耗以及高穩定度的晶片,也將加速消費電子的成長。

如果系統設計自動化成真,消費性電子下一波的整合才有可能成真。有一天,當我們終於可以只用一種設備,如手中的PDA,在與孩子通話的同時也正確地運算出方位,我們會回想現在並欣然微笑。

那麼,我們可以決定何去何從了吧?

(參考原文:Comment: Software development environments -- quo vadis?)

(作者為Simon Davidmann,目前擔任Imperas Inc.的總裁兼CEO,他曾擔任過六家美國EDA新興公司的高階主管,並且是HILO邏輯模擬系統最初的開發者之一。)




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