如何利用嵌入式软件设计SoC

发布时间：2010-8-21 00:14 发布者：conniede

美国Globalpress公司举办的2007电子高峰会议上，举办了一场SoC(系统芯片)的专题讨论会：设计师如何利用嵌入式软件作为SoC器件设计的关键。会议上的专家各抒己见。

完整方案比单个硬件重要

主持人: Gartner公司的高级分析师John Barber

软件在嵌入式产品中的份量越来越重。自2000年来，价值观念发生了巨大的变化，2000年以前，主张是器件，即让我们的器件与竞争对手的性能、品质进行对比具有优势，这就是那时形成鲜明特色的关键。现今，制造商和客户需要的是解决方案，而不仅仅是器件。我的价值主张，我的鲜明特色，必须是完整的解决方案，包括与硬件一块推出的可以立即投入大批量制造的软件栈。

硬件与软件将设法整合到单个流程

Mentor Graphics系统级设计总监Bill Chown

我们过去所从事的是硬件设计，现在则还需要辅以软件应用方面的大量工作。但这两者的“婚姻”却并不幸福。在两者之间，我们需要填补在基础架构方面的鸿沟，如今的硬件不是从头设计的，需要进行基础架构的复用。需要复用的包括处理单元、内存、接口器件... ...许多基础设计事先已经被人们所了解、得到了分析和预先进行了配置。我们需要把它插入到系统中，提供针对硬件的软件能力，以及针对具体应用的软件能力。在用户对硬件和应用软件的使用目标的这两个空间之间，我们必须确保能让他们寻求到与他们的具体需求相应的问题所在，但是最大限度减小他们花在两个空间之间的工作量。

EDA代表电子设计自动化，但我们有时候会迷失，而忘却了“自动化”一词正是我们在这个空间中应该完成的工作。我们应该回顾在这个流程中应该实现自动化的对象是什么？那并不仅仅意味着工具的改进，而且意味着我们能通过标准化来简化问题。

总结一下，我们能让人们去做的事情，是从一个在系统空间中的概念设计，一直到完成整个流程。概念设计上的革新是关键，我们需要灵活多样；随着设计的进行，我们需要尝试不同的解决方案。如果我不知道我在做什么，就无法去尝试替代方案。所以良好的分析将告诉我，我所做的工作将会把我带向何方。这些不同的任务中的每一项，都对应着每一个团队所从事的领域。因此，这是一个复杂的世界，但我们将设法将其整合到一起。在实现整合的过程中，我们应该能加速、改动，并将来自于不同领域的软件与硬件、系统与验证集成到单个流程中。

软件的关键作用是保证批量

MIPS Technologies公司市场行销副总裁Jack Browne

在SoC设计时，我们所面临的挑战是多方面的。首先我们希望能向市场上推出种类多样的产品。以MIPS公司为例，有3种不同的微架构系列，10种不同的处理器内核。我们必须具有某种能让我们能投入制造的业务模式，因为本公司的业务模式是基于IP(知识产权)使用费的，我们的年收入的一半来自于授权和版权使用费。客户的产品要达到制造批量，交货则需要3～4年；他们拿到所设计出的芯片，要2年，然后他们再让OEM来设计出系统，而这又要花上2年。所以，该供应链有一个问题：如果我的收入严格取决于制造批量，你应该如何来支付这些开发的费用？费用的支付要延后4年，财经界是不能容忍战略性项目上的亏损的，你必须展示出业务的良好性。

另外一个挑战是，你希望进入不同的、类型各异的市场。其中每个市场的成功的临界数量(客户数量)是不同的。同时你还必须支持不同的OS(操作系统)。你必须有解决所有这些问题的方案。我们的做法是，承认人们有一个平台。软件，无论是Linux还是其他的实时操作系统，一直到应用层次。我们所追求的关键一点，是使用硬件抽象层。从根本上来说，如果我有两家不同的客户，他们决定购买不同的套装，或者甚至不同的USB控制器，则通过硬件抽象层，如你的PC中的BIOS，我可以实现不同的偏好，而不用移植操作系统。

你去考察供应链上的不同玩家的商业模式的话，就会发现，将操作系统移植到另一个硬件平台上的工作并不能提供多少余地。如果你所选择的应用不对路的化，则很难实现足够的产量。如果你考察如今的标准数字电视的话，就会发现其中有些采用了300万行的软件。而你将看到2年后的HDTV将采用500万行的软件，而且其中有16个处理器，用于处理不同的任务。

所以软件的关键作用就是保证批量。如何找到一个合理的财经运作模式，是EDA、IP公司、半导体公司、软件公司共同努力解决的挑战。

多处理器的软件设计法

Tensilica公司市场行销副总裁Steve Roddy

软件的重要性到底有多高？有人认为市场规模尚小，有些人认为它很重要，另一些人则主张我们处在一个临界阶段，许多软件都实现了移植。

3种观点也许都是正确的，具体取决于其市场。但我想退一步思考一下处理器也许倒也无妨。一个有趣的问题是，如今和未来的应用应该需要多少个处理器？这里借用ITRS(国际半导体技术发展路线图)，来展示在每个工艺节点对应着的、每个SoC上平均使用的处理器的数量(图2)。当前，ITRS宣称每个SoC上平均有32个可编程器件。我们知道，有些可能数量会多些，有些则少些。Tensilica与Cisco合作，推出了基于130nm节点的、采用192个处理器的设计。所以处理器的数量会出现迅速增长。而软件正是在此之上运行的。

图2 2005 IRTS MPSoC 发展图可看出，多核设计时代来到了

是的，软件的复杂程度和架构的复杂程度都正在增加。即便处理器的数量在增长，它们并不全都一模一样。这些器件上将出现多样化的处理器。

关于嵌入式的设计，很明显的一点是，软件的形式必然迥异于普通的通用型软件。事实上，嵌入式世界迥异于与通用型软件世界。在通用型应用的世界中，如Intel和AMD，在处理器上运行的软件在器件开始推出时尚不为人所知。因此一般采用通用型的计算，对于通用型的计算，人们采用通用的SMP Die Bucket 架构。在嵌入式世界中，如果你设计用于路由器的芯片的话，它就是供路由器专用的。优点就在于你知道器件的用途，所以其设计会针对具体应用进行优化，让人们能利用专用的处理器，如可重构的和可扩展的处理器，以节省面积、成本和功耗。因此两者的设计之道大相径庭。拥有许多可重编程的处理器，并不意味着你有一个全新的世界。系统架构和硬件架构研发者努力解决这个问题已经有几十年了。他们将其称为SoC，现在人们以处理器为单位进行设计，而不是硬件模块，他们在系统中引入了许多软件的东西。但这并不意味着在设计这些东西的方式上会遇到什么危机。

设计这些系统的风格，仍然具有一个SoC只有一个处理器的年代的SoC设计、架构所具备的那种多样性。你可以让处理器间具有一个看起来非常传统的联系，采用SMP通用型架构，你可以让处理器之间根据具体应用来建立互动关系，你可以在处理器间建立硬件风格的数据流。事实上，某些处理器甚至根本都不清楚芯片上有其他处理器的存在。这些东西的实现有多种多样的途径，成功的关键是功能划分，人们可以在功能模块中放入标准、API，事实上，在这些系统上运行的软件，可以造成复杂性极大增长，而我们在实现上仍然感受不到危机的存在，通过功能划分，经过优化的处理器、经过优化的API将通用型的程序与软件的所有复杂性隔离开来。