設計嵌入式計算機系統總是很困難的。具有不斷提高的性能水平和更小包裝的創新技術每天都面臨著新的障礙。幸運的是，供應商正在通過推廣面向平臺的架構 （POA） 的概念來簡化設計，它提供了一種向上移動供應鏈并使設計和集成工作更加順利的方式。正如政客們使用他們的平臺來啟動他們的計劃一樣，POA 為嵌入式設備提供了一個跳板。所以問題是，在開始你的下一個項目之前，你應該對平臺有什么了解？

POA 定義

面向平臺的架構的定義從軟件到芯片到電路板到系統略有不同，但概念保持不變。它是一個有界和集成的組件套件，由軟件和硬件之一或兩者組成，經過優化，可以進一步集成到特定應用的最終產品中。高級平臺結合了硬件和相關軟件，旨在作為許多不同系統集成的基礎。許多其他設備，例如片上系統 （SoC）、特定應用標準產品 （ASSP）、SBC 和各種組合的系統，現在都被視為平臺。

“終極面向平臺的架構是 FPGA，因為你可以用它做任何事情，”Certicom 產品管理高級總監 Craig Rawlings 斷言。??ú 做一些普遍的事情的想法是一個白日夢。但是，如果我們將問題綁定起來，那么它就很有意義，您可以通過簡化許多選項的方式來確定范圍，并節省研發和制造費用。

平臺是如何演變的

在電子產品的早期，設備通常是為特定目標定制設計的。硬件和軟件都是從零開始設計的，并且需要很長時間才能開發出來。隨著市場的成熟，供應商開始預測開發商的需求，但他們這樣做的方式很隨意。他們試圖最大限度地擴大市場覆蓋率并設計為盡可能多的用戶服務的產品。通用處理器、計算機板和實時操作系統 （RTOS） 應運而生。開發人員必須強制安裝或調整組件以滿足其特定的應用程序要求。

從 Rawlings 的角度來看，第一個 POA 實際上是一個 CPU，因為它是可編程的。你可以用它做任何事情。但微控制器是最早正式接受平臺概念的人之一。供應商會將核心處理器與各種內存和 I/O 配置打包在一起，以針對特定的控制器應用，例如工業控制或醫療設備。

Rawlings 推測系統架構師介入并說，“讓我們”不構建一個試圖成為每個人的一切的架構。“”他們提議為 PDA 或移動電話構建一個平臺，“”具有綁定功能的更具體的東西已知要求。設計人員無需構建三個芯片或電路板，而是可以構建一個具有可選擇模式的芯片或電路板，這些模式可以關閉和打開。

最終，供應商開始與市場上的其他公司結成聯盟，為嵌入式系統開發人員提供更完整的解決方案。早期的嘗試是覆蓋盡可能多的設計基礎的松散聯盟或生態系統。這使開發人員更容易獲得所有正確的部分，但它仍然是產品完成的漫長道路。設計師不得不聯系多個來源并與之合作，缺乏完全兼容甚至可用的保證。

這些聯盟和生態系統隨著時間的推移而演變。在許多情況下，這些技術組合成一個包，使開發路徑更加順暢和高效。供應商開始談論通過提供更完整和集成的解決方案來提升供應鏈。隨著電子硬件和軟件供應商開始針對特定的應用領域，這種策略變得更加有效。集成了各種硬件和軟件組件，平臺概念停滯不前。

隨著時間的推移，PC 成為占主導地位的通用平臺。然而，許多嵌入式應用程序無法使用 PC 平臺，因為它們具有尺寸、重量和功率限制，使得使用 PC 變得不切實際。這個問題導致了解決嵌入式應用程序特定需求的平臺的開發。定義和開發了特定于市場應用程序的功能，從移動設備到通信基礎設施。

平臺組件

在許多方面，POA 就像俄羅斯套娃一樣，它們可以從 IP 層開始嵌套，一直到打包的系統級別（參見圖 1 中的插圖）。隨著集成變得更加復雜，每層都包含附加功能和價值。IP被封裝到一個平臺中，可以更容易地集成到芯片組中；芯片組被封裝到使電路板設計更容易的設備中；板被封裝到平臺中，使系統集成更容易；系統的打包方式可以更容易地增加最終的價值層。

芯片、電路板和系統

硬件平臺包括適用于某些應用程序的處理元件、內存和用戶 I/O。SoC 通常針對特定應用，根據定義使其成為入門級平臺。ASSP 專為非常有針對性的應用程序而設計，因此被視為平臺。添加一些特定的軟件來支持硬件，您將獲得一個更加強大和完整的平臺。半導體供應商通常會采取下一步行動，開發參考設計，其中不僅包括處理器，還包括可加快產品在最終設計中使用的制造板和軟件包。

Xilinx 最近推出的 Spartan-6 和 Virtex-6 產品中突出提到了平臺。“我們正在達到一個臨界點，FPGA 成為電子制造商的主流芯片平臺，這些電子制造商需要定制以使其產品與眾不同，但面臨著令人難以置信的 ASIC 開發成本，”Xilinx 總裁兼首席執行官 Moshe Gavrielov 評論道。“但是，為了讓客戶增加對 FPGA 的采用，我們必須提供一個全面的設計環境，使全球設計團隊能夠解決“可編程命令”，并在這些充滿挑戰的經濟和商業條件下更快地交付產品。

Xilinx 目標設計平臺戰略包含五個關鍵要素的集成：

新的 Xilinx Virtex-6 和 Spartan-6 FPGA

支持和集成經過行業驗證的方法的設計環境

采用行業標準 FPGA 夾層連接器的可擴展板和套件

可插接式 IP 核

強大的參考設計

這些元素在最近的另一款產品首次亮相中被強調為重要特征。CEVA HD-Audio 解決方案由軟件開發套件 （SDK） 提供支持，其中包括軟件開發工具、開發板、軟件系統驅動程序和 RTOS，以實現快速、輕松的系統開發和集成。CEVA-HD-Audio 由來自第三方開發社區的廣泛算法和應用程序進一步補充。

我們

操作系統平臺由一套集成的模塊組成：操作系統、固件和運行目標設備的設備驅動程序、外圍設備、文件系統、庫、用于連接的通信協議和用戶應用程序。操作系統供應商已將附加軟件的集成層擴展到其核心操作系統中，以整合大部分軟件，從而更容易專注于最終應用程序。他們不斷改進 API，無需擔心行業內所需的常規中間件。

工具

平臺策略也適用于開發工具。IBM Rational 的架構和建模總監 Greg Sykes 指出，將工具打包到特定于某些細分市場的平臺中會受益匪淺。許多公司，如手機和汽車制造商，都有自己的程序管理和開發方法。制作符合熟悉外觀和感覺的平臺，并提供讓設計人員快速創建應用程序所需模塊的工具，可以節省大量的實驗室時間。

使用平臺的好處

平臺解決了硬件和軟件組件選擇所涉及的問題，并減輕了集成和調試設計的挑戰，更不用說減少跟蹤開發完整產品所需的所有各種組件的麻煩。今天，供應商傾向于專注于嵌入式計算機系統所需的硬件或軟件方面。由于這種專業化，很難為最終設計找到剩余的組件。

其他供應商通過將專用組件集成到平臺中來緩解這一挑戰。集成級別的范圍可以從簡單地提供參考（在這種情況下它可能不是真正的平臺解決方案）到完全集成和測試的配置。如果一切按計劃進行，平臺集成度越高，最終產品的質量和可靠性就越高。

根據風河的說法，在設計和測試時考慮到平臺策略的開發工具可以為開發人員提供對整個平臺的可見性：應用程序代碼、第三方庫和操作系統。開發人員可以在系統仍在運行時監控變量、優化性能并發現內存問題。

“日益激烈的競爭以及充滿挑戰的經濟條件進一步要求組織實施創新服務，以降低成本并簡化運營，”IHL 集團總裁 Greg Buzek 表示。??ú通過與外圍設備的即插即用連接，嵌入式操作系統（例如 Windows Embedded POSReady 2009）為零售商所需的系統組件和軟件提供了靈活性，使他們能夠降低擁有成本并提高前端的效率。??ù

有針對性的 POA 有助于使軟件和硬件設計人員能夠利用開放標準、通用設計方法、開發工具和運行時平臺。這使設計人員可以花費更少的時間來開發應用程序基礎架構，而將更多時間用于將差異化功能構建到最終應用程序中。

一體化

集成推動了平臺的許多其他優勢，通過某種程度的即插即用支持，可以更輕松地添加和替換組件。“我們的工作是將所有這些東西整合在一起，并使其適用于特定的架構，”MontaVista 營銷總監 Dan Cauchy 評論道。

??ú在某些情況下，我們自己編寫了很多這樣的東西 ??ì 例如，將 Mozilla 瀏覽器移植到 ARM。

Cauchy 提到，要在高質量水平上實現集成需要員工多年的工作。“設備制造商告訴我們，這真的很有價值，因為他們從一個完整的解決方案開始，最重要的是，它得到了 MontaVista 的完全支持，”他說。

特性和常用接口

目標 POA 具有適合目標應用程序的一組功能和接口。這些選擇經過深思熟慮，并通過了目標行業的審查。供應商需要了解他們的客戶市場才能做出正確的選擇。

操作系統平臺提供了一個通用的 API，最大限度地減少甚至消除了為硬件而煩惱的需要。程序員可以編寫更通用的接口，而不必擔心設備的細節。在硬件方面，提供了以太網、USB、CAN 等接口以及其他特定于應用程序的選擇。

知識產權許可

隨著公司試圖更快地進入市場，而其他公司試圖專業化，第三方 IP 的使用量猛增。這以許可的形式造成了巨大的障礙，管理和監控可能非常復雜和昂貴。將 IP 管理的負擔轉嫁給平臺供應商可以減輕這種痛苦。

存貨

POA 可以以許多積極的方式影響庫存。精心設計的平臺可以快速配置，以滿足多個客戶在自定義配置中的需求。例如，芯片組供應商可以大量構建單個超集產品，同時根據每個客戶的要求按需啟用特定功能。這允許供應商預測零件的集合，而不是每個單獨的配置。這意味著更少的庫存、更高的運營效率和更少的價格侵蝕，因為他們不會試圖清理庫存。

調試

使用平臺意味著在故障排除時不需要觸及所有模塊。平臺組件通常要經過嚴格的調試過程，然后才能被其他客戶部署到許多其他相關設計中。POA 通常具有更好的調試界面，可以使整個過程更容易，因為它的設計考慮了完整的平臺。

測試

許多接口都有行業測試套件，以確保該功能正常運行。例如，USB 擁有由 USB 實施者論壇開發的測試套件和一致性測試。如果平臺提供商已經完成了測試，這就消除或減少了在下一步進行相同級別測試的需要。在具有許多接口的高度復雜的系統中，這可以節省時間和成本。

標準和支持不斷變化的標準的能力

整個嵌入式社區的組織開發和宣傳行業成功所必需的標準。平臺供應商通常是標準組織的關鍵成員，影響標準的方向并確保其成功開發。當今嵌入式設備中使用的許多標準都是新的或不斷變化的。平臺開發人員可以通過跟蹤最新發展來減輕設計工程師的負擔，并在它們可用時將它們整合到平臺中。您不必跟蹤所有細微差別、開發解決方案，然后弄清楚如何集成和測試。

定制

實際上，設備制造商總是需要某種程度的定制，因為每個設備都有點不同。完善的 POA 為客戶或在平臺提供商的幫助下進行一定程度的定制留出了空間。許多供應商都有設計服務團隊，可以聘請他們來增加適當程度的定制，以幫助您的產品在市場上脫穎而出。供應商擁有內部優勢，因為他們非常了解平臺。他們在協助定制時使用從客戶那里收到的意見，以便在下一代平臺中融入額外的價值。

圖 2： Montabello 是一個基于 Linux 的軟件平臺，它為移動互聯網設備提供了一套集成的應用程序。

上市時間

任何嘗試過收集、集成和測試所有正確部分的人都知道使用完善的 POA 可以節省多少時間。MontaVista Software 的首席執行官 Russell Harris 表示，“對于制造商而言，能夠快速、高效且在預算內將產品推向市場非常重要”。通過利用像 Montabello（圖 2）這樣的平臺，我們的設備客戶可以專注于構建最好的產品，而不是開發復雜的軟件基礎架構。設備制造商在他們的項目上獲得 6-12 個月的領先優勢，從而縮短了上市時間，并使他們能夠實現顯著的開發成本節約。

更低的花費

前面提到的所有好處都涉及一些成本節約因素。學習如何利用這些好處可以最大化您的投資。

圖 3： Windows Embedded POSReady 2009 有助于將服務點 （POS） 系統從交易處理過渡到增強的客戶服務。

風險管理

POA 可以顯著降低設計中的風險。許多客戶為平臺架構做出了貢獻，并將其暴露在無數測試和使用場景中，這些場景以您可能沒有考慮過的方式來衡量設計。如果您遇到設計問題，平臺供應商會提供額外的專業知識，您可以依靠這些專業知識。

客戶忠誠度

每個供應商都努力建立忠誠的客戶群，而 POA 是培養這種忠誠度的絕佳方式。所有的好處對客戶來說都是顯而易見的，他們通過堅持供應商來表達他們的感激之情。供應商面臨著保持平臺相關性和高質量的壓力。

“在一個日益互聯的世界中，零售和酒店企業需要有助于從交易處理過渡到增強客戶服務和建立關系的技術，”Microsoft Windows Embedded 營銷高級總監 Ilya Bukshteyn 斷言。Windows Embedded POSReady 2009（圖 3）專為幫助實現這一轉變而設計。借助 Microsoft Silverlight、.NET Framework 3.5 和 Windows Presentation Foundation 等 Windows 技術，該平臺可實現差異化且引人注目的用戶體驗，從而提高客戶忠誠度。

缺點：被鎖定

POA 的缺點首先是被鎖定在包含可能無法完全或正確滿足您的產品需求的子組件的特定平臺中。由于子組件集成到 POA 中，更改子組件有時會很困難或不可能。如果您認為這將是您在開發過程中可能需要做的事情，那么您應該詢問平臺組件是否可互換。這就是標準可以提供幫助的地方。正確實施戰略標準可以使子組件更具互換性。

有時平臺的功能太少或太多。添加或刪除子組件可能非常困難或成本過高。再次，確保驗證平臺架構的可擴展性。

審核編輯：郭婷