在SoC器件中如何平衡嵌入式軟件的關(guān)鍵作用？

嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)主要有板級(jí)、芯片級(jí)與臺(tái)式機(jī)三大領(lǐng)域。在本專(zhuān)刊中，主要探討了應(yīng)用MCU、微處理器、DSP進(jìn)行板級(jí)開(kāi)發(fā)的工具。但是在美國(guó)，嵌入式開(kāi)發(fā)主要指芯片級(jí)的SoC（系統(tǒng)芯片）。
在本刊7月期108~110頁(yè)上，曾介紹了美國(guó)“2007電子高峰會(huì)議”上的“SoC軟件設(shè)計(jì)討論會(huì)”。在此報(bào)道的基礎(chǔ)上，這里薈萃了會(huì)上的部分精彩問(wèn)答。

會(huì)場(chǎng)：從左至右代表來(lái)自：Mentor，MIPS，Tensilica，Wipro
會(huì)議舉辦地——美國(guó)加州Monterey風(fēng)景

多核環(huán)境vs并行化

　　主持人：Gartner的John Barber：對(duì)于那些利用了并行化的架構(gòu)的設(shè)計(jì)，多核環(huán)境構(gòu)成了一大挑戰(zhàn)。如果我們能克服這一挑戰(zhàn)，Tensilica的多核推想就可能成真？
　　Tensilica - Steve Roddy：我認(rèn)為關(guān)鍵在于我們整個(gè)行業(yè)嘗試并應(yīng)用通用型計(jì)算的架構(gòu)，還是去應(yīng)用更適合于嵌入式計(jì)算的技術(shù)。我曾經(jīng)對(duì)兩種情況進(jìn)行了比較：分別將一個(gè)嵌入了Pentium內(nèi)核的器件和一個(gè)嵌入式設(shè)計(jì)提交流片前的對(duì)比。嵌入式設(shè)計(jì)利用了如下的優(yōu)勢(shì)，即功能度可以劃分為獨(dú)立的小系統(tǒng)，并在獨(dú)立的模塊中實(shí)現(xiàn)，從而能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的功能度。過(guò)往，這些都是硬件上的模塊，你在通用型的主控上有軟件API（應(yīng)用程序接口），讓編程者訪問(wèn)這些硬件上存在的資源。如果你嘗試過(guò)一個(gè)20～30萬(wàn)門(mén)陣列模塊，這是一種很正常的設(shè)計(jì)風(fēng)格。正是因?yàn)檫@些模塊可能恰好是處理器，用處理器進(jìn)行設(shè)計(jì)將具有更高的效率，而且用處理器進(jìn)行設(shè)計(jì)將更寬容一些，你如果以處理器作為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)引擎的話，則在交付流片后還可以對(duì)其進(jìn)行重新編程。你有更多的處理器，也不必改變使用的模式，并不意味著你現(xiàn)在要面對(duì)另外的15個(gè)處理器，而你必須了解另外15種可編程設(shè)計(jì)。如果你給編程者所提供的是定義良好的API，以便訪問(wèn)內(nèi)核－內(nèi)核的資源。一般的編程者都可以輕松地應(yīng)對(duì)這樣的編程任務(wù)，只有SoC設(shè)計(jì)者需要知道某個(gè)模塊是處理器，了解并行化軟件的內(nèi)核是如何運(yùn)作的。
　　Wipro - Siby Abraham：我與你們的看法有一點(diǎn)不同。如今，談到嵌入式軟件工程，為了利用好多核架構(gòu)，你必須擁有編譯器、編程語(yǔ)言。隨著你進(jìn)入更高性能水平，這些工具顯得更為重要。在功能被清晰劃分的地方，我同意你們的看法。但是，我們?cè)絹?lái)越多地看到，應(yīng)用中所采用的處理器數(shù)量增長(zhǎng)很快，而性能如何提高也將成問(wèn)題。
　　Tensilica – Steve：隨著時(shí)間的推移，軟件的工作變得愈來(lái)愈重要。那些目前業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)化組織正在著手進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的制定，多核組織已經(jīng)建立了一個(gè)工作組，著手制定關(guān)于API的標(biāo)準(zhǔn)，使之能根據(jù)多核的特點(diǎn)來(lái)分配workload。隨著時(shí)間的推移，人們必須推出基礎(chǔ)架構(gòu)，使開(kāi)發(fā)者不必去面對(duì)多核帶來(lái)的復(fù)雜性，不必讓一個(gè)半導(dǎo)體公司的客戶(hù)、軟件工程師，打開(kāi)說(shuō)明書(shū)去查清其芯片架構(gòu)的每一個(gè)細(xì)節(jié)，我們不能強(qiáng)迫每個(gè)工程師去了解清楚芯片上的每一個(gè)細(xì)節(jié)。
　　MIPS科技 - Jack Browne：我認(rèn)為，如果你考察器件的復(fù)雜性，130nm的SoC上市前成本是1300～1500萬(wàn)美元；90nm時(shí)，成本是3000萬(wàn)美元。人們推出了ASSP，他們不是針對(duì)某個(gè)具體問(wèn)題進(jìn)行定制的ASIC。在今天的65nm和45nm節(jié)點(diǎn)上，人們的設(shè)計(jì)方法是大量地復(fù)用。所以80％的設(shè)計(jì)是復(fù)用的。我們需要API來(lái)推進(jìn)這些開(kāi)發(fā)工作，我們可以劃分各種東西，劃分音頻Codec（編/解碼器），此后，我可以將其放到任何一個(gè)設(shè)計(jì)中。但是，除了API，還應(yīng)該有一個(gè)平臺(tái)化的架構(gòu)，以便保證你的上市時(shí)間。
　　為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，我們需要廠商能提供電子系統(tǒng)級(jí)的模型，這樣軟件人員不用去讀說(shuō)明書(shū)。只要有一張CD，上面有可執(zhí)行的芯片模型，它的運(yùn)行速度足夠快。所以，你能夠?qū)崿F(xiàn)你的應(yīng)用。于是，當(dāng)芯片被取回來(lái)時(shí)，你就有相應(yīng)的軟件了。你可以解決芯片上存在的缺陷。而你可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的并行化，讓芯片上的各個(gè)部分能工作。

代碼編寫(xiě)人力不足？

　　問(wèn)：嵌入式軟件的代碼的行數(shù)每年以46％的速度增長(zhǎng)。而編寫(xiě)代碼所動(dòng)用的人力，則以7.5%的年均增長(zhǎng)率成長(zhǎng)。你看，這里的障礙在于人力的缺乏。

{{分頁(yè)}}
　　MIPS – Jack：人們解決這個(gè)問(wèn)題的方式，同樣是復(fù)用。每一件產(chǎn)品不能從一張白紙起步——公司采取這種策略的話，就會(huì)倒閉。你必須推出相互間有繼承性的產(chǎn)品線。一個(gè)好的例子就是802.11。它最早是以小帶寬的b開(kāi)始的，而g則成為主流，而去年圣誕節(jié)，802.11n也降低到了100美元的價(jià)位，達(dá)到了消費(fèi)類(lèi)的空間。軟件也是這樣運(yùn)作的。復(fù)雜性在于，你必須讓數(shù)據(jù)包能四處移動(dòng)，而且讓吞吐率提高2個(gè)數(shù)量級(jí)。如果你第一個(gè)軟件行不通的話，你在開(kāi)發(fā)第二款產(chǎn)品時(shí)就必須重新編寫(xiě)，而這樣的公司是沒(méi)法生存的。我們這個(gè)行業(yè)對(duì)于那些策略上犯錯(cuò)誤的公司是很殘酷的。
　　Mentor – Bill Chown：我繼續(xù)擴(kuò)展這個(gè)話題，80％的程序是復(fù)用的。但是并不是每個(gè)軟件都有那么高的復(fù)用率。隨著軟件的開(kāi)發(fā)，越來(lái)越多的軟件形成了軟件包、軟件棧，從而能被方便地復(fù)用。因此，并不需要人力也增長(zhǎng)46％來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。我發(fā)現(xiàn)復(fù)用的一個(gè)問(wèn)題是，我的手機(jī)包含了手機(jī)廠商從1990年以來(lái)編寫(xiě)的所有軟件——這里面實(shí)在有些是垃圾。

　　問(wèn)：軟件46％的增長(zhǎng)速度與人力7.5%的增長(zhǎng)速度間的差距將會(huì)逐年增大，你們最終會(huì)遇到人力方面的問(wèn)題？
　　Mentor – Bill：我們會(huì)發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的情況曾經(jīng)發(fā)生過(guò)，在硬件空間中，如今的自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)無(wú)法進(jìn)一步產(chǎn)生動(dòng)力了。我們就必須引入新的人力，以便在硬件上能進(jìn)一步提升其層次?？纯窜浖I(lǐng)域，頭號(hào)的軟件工具是什么？是VI。VI中不是全套的自動(dòng)化工具，它的自動(dòng)化是在不斷提升的，當(dāng)然不一定與你提到的人力的增長(zhǎng)速度同步。它的發(fā)展速度當(dāng)然與軟件代碼的行數(shù)的增加是一致的。在軟件空間中，自動(dòng)化是一個(gè)非常開(kāi)放的領(lǐng)域，作為我們這樣的自動(dòng)化廠商來(lái)說(shuō)，軟件業(yè)已經(jīng)習(xí)慣了VI的價(jià)格，試圖說(shuō)服他們，自動(dòng)化的價(jià)格與VI的價(jià)格不太一樣，將是一項(xiàng)有趣的挑戰(zhàn)。
　　Tensilica - Steve：正如Bill提到的那樣，也許現(xiàn)在復(fù)用是過(guò)多了，這會(huì)影響到用戶(hù)的體驗(yàn)。

協(xié)議棧已成熟？

　　問(wèn)：當(dāng)Jack提及802.11時(shí)，實(shí)際上談?wù)摰氖莾煞N不同的軟件。他所說(shuō)的是協(xié)議棧，與Paul實(shí)際談到的軟件是不一樣的。這個(gè)說(shuō)法對(duì)嗎？協(xié)議?，F(xiàn)在是一個(gè)比較成熟的技術(shù)了。
　　MIPS – Jack：隨著程序的行數(shù)，例如電視的操作系統(tǒng)軟件從100萬(wàn)行程序進(jìn)步到300～800萬(wàn)行，我再添加50萬(wàn)行，就可以形成相應(yīng)的環(huán)境中間件，則我一旦編寫(xiě)完一套軟件包，就可以在其他任何地方使用。你應(yīng)該看到的挑戰(zhàn)是——上市的時(shí)間。設(shè)計(jì)工程師們要完成足夠好的設(shè)計(jì)。我進(jìn)行的設(shè)計(jì)滿(mǎn)足了客戶(hù)的需求，而Steve所做的設(shè)計(jì)超出了用戶(hù)的需求，其設(shè)計(jì)開(kāi)銷(xiāo)也是我的2倍，而且所花的時(shí)間更長(zhǎng)，則在市場(chǎng)上我將會(huì)取勝。我經(jīng)常遇到同行談技術(shù)上挑戰(zhàn)的困惑：我的設(shè)計(jì)更好，但為什么我的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手能賣(mài)出去，而我卻不能？當(dāng)設(shè)計(jì)足夠好的時(shí)候，客戶(hù)就愿意為任何別的東西付錢(qián)。這就是為什么以前人們?yōu)榱伺⒊绦蚩s小20％而付錢(qián)的時(shí)代早已一去不復(fù)返的原因，因?yàn)閮?nèi)存已經(jīng)很便宜了。我在買(mǎi)新手機(jī)時(shí)，只要花20美元就可以買(mǎi)到一張1GB的內(nèi)存卡。

低功耗標(biāo)準(zhǔn)化

　　問(wèn)：軟件對(duì)于SoC的低功耗來(lái)說(shuō)已經(jīng)成為一個(gè)關(guān)鍵性的因素?，F(xiàn)在低功耗的標(biāo)準(zhǔn)化吸引了人們的密切關(guān)注，幾家組織已經(jīng)希望我們能在不久的將來(lái)制定出大家都同意的標(biāo)準(zhǔn)。
　　MIPS – Jack：影響功耗的問(wèn)題有兩個(gè)：一是泄漏，為了保證晶體管的速度，現(xiàn)在的柵疊層只有3個(gè)分子厚。芯片上一半的功耗都可歸結(jié)為漏電?，F(xiàn)在有許多制造方面的信息，用于解決漏電問(wèn)題。另一方面，是多核和單核之間的差別。一個(gè)雙倍頻運(yùn)行的處理器內(nèi)核，其功耗將低于多個(gè)以一半的頻率運(yùn)行的內(nèi)核的總功耗。如果你能把任務(wù)分解為若干部分，我可以在多個(gè)內(nèi)核上分配這些任務(wù)，我可以關(guān)閉其中的若干個(gè)內(nèi)核 。我的手機(jī)可以通過(guò)802.11網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，我不需要開(kāi)啟GSM無(wú)線部分。這些系統(tǒng)的定義都可以由客戶(hù)通過(guò)OEM（委托制造）來(lái)完成。你可以看到許多其他的重點(diǎn)，可以是標(biāo)準(zhǔn)化，等等。我們之所以從事這些工作，其原因就是設(shè)法賺錢(qián)?？蛻?hù)可不愿意付錢(qián)，但他們的確需要解決方案。隨著時(shí)間飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，我想，我們今天卻沒(méi)有我們所需要的吸引力。
　　Tensilica – Steve：我認(rèn)為要降低功耗，現(xiàn)在的層的劃分太過(guò)于分明。在EDA界對(duì)共用的流程的討論，通過(guò)信息的交換，一個(gè)針對(duì)具體架構(gòu)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，可以快速優(yōu)化，以便實(shí)現(xiàn)功耗的降低，但是在架構(gòu)層次上實(shí)現(xiàn)，這里是實(shí)現(xiàn)大幅度節(jié)能的地方，無(wú)論他是像Jack所說(shuō)的那樣，可以把任務(wù)分配給多個(gè)更小的處理器，并針對(duì)特定的功能對(duì)處理器進(jìn)行任何優(yōu)化，我們對(duì)數(shù)據(jù)流的架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，提供ESL層次的建模，如果你灌入總線的數(shù)據(jù)太多，而且影響到了速度，這就也許在不同的模塊間實(shí)現(xiàn)直接連接。通過(guò)硬件和軟件方面的建模而實(shí)現(xiàn)更高層次上的建模，則可以實(shí)現(xiàn)極大的節(jié)約，并了解你的架構(gòu)選擇的影響，以及它是否合適。

互操作和可移植的標(biāo)準(zhǔn)化

　　問(wèn)：如何看待開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)的發(fā)展潮流，因?yàn)檫@實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)間的互操作性，尤其在嵌入式系統(tǒng)間的互操作性和可移植性方面？

{{分頁(yè)}}
　　Tensilica – Steve：這的確是開(kāi)放式架構(gòu)的事，這又回到了并行化的問(wèn)題?；ゲ僮餍哉嬲鹱饔玫牡胤剑呄蛴谖覀兪紫纫鉀Q的部分，互操作性在實(shí)踐中突出的地方，是我們的具體應(yīng)用間的通信機(jī)制，而不是這些應(yīng)用間的互作用機(jī)制，完全在系統(tǒng)層次上。是否要實(shí)現(xiàn)某種程度上的互操作，不妨去看看流程流向哪里。
　　MIPS – Jack：另一個(gè)推動(dòng)互操作性發(fā)展的動(dòng)力是如下的事實(shí)：軟件的品質(zhì)要達(dá)到可以投產(chǎn)的程度。一旦我擁有802.11解決方案，所有的協(xié)議都已經(jīng)解決。我經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，證明其不會(huì)丟失包，或者失去對(duì)某些包的存儲(chǔ)。這就是我們的下一件產(chǎn)品努力的對(duì)象。我要在我的膝上機(jī)上裝上無(wú)線LAN，我希望我的手機(jī)裝上無(wú)線LAN，我希望我的照相機(jī)也裝上無(wú)線LAN。但是一天結(jié)束時(shí)，我不用為多出來(lái)的價(jià)值而付費(fèi)。所以我希望軟件能夠工作，我并不太在乎它有點(diǎn)過(guò)大。因?yàn)槲颐媾R的挑戰(zhàn)，是保證推向市場(chǎng)的產(chǎn)品能像我所宣稱(chēng)的那樣工作。
　　如果我有高品質(zhì)的代碼，我就可以更快地上市。那就是業(yè)界的情況，因?yàn)槿藗兯褂玫倪@些裝置是可以互操作的，知道它們能正常工作。在座的人有多少向自己的PC上下載過(guò)東西？當(dāng)你直接下載到硬件上時(shí)，會(huì)導(dǎo)致其他部分的崩潰。當(dāng)我們不能提供相應(yīng)的性能時(shí)，就設(shè)法繞開(kāi)它，這就違反了規(guī)則。系統(tǒng)已經(jīng)變得如此復(fù)雜，以至于你必須進(jìn)行有序的設(shè)計(jì)，因此人人都必須遵守規(guī)則。

軟件適配器

　　問(wèn)：關(guān)于軟件的復(fù)用性。Siby說(shuō)，軟件對(duì)于性能、內(nèi)存占用、功耗、效率、對(duì)駭客的抵御能力和可視化來(lái)說(shuō)，應(yīng)該負(fù)更多的責(zé)任。最終則還是要依賴(lài)于硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。那么，如果你不斷改動(dòng)模塊的架構(gòu)，并改變相應(yīng)的硬件，那么你如何保證軟件的復(fù)用性？
　　MIPS - Jack：我們必須有一個(gè)軟件適配層。也就是說(shuō)，我可以改變USB端口。我在這個(gè)產(chǎn)品上沒(méi)有USB，而在其他產(chǎn)品上有5個(gè)，最終使軟件并不會(huì)在意，因?yàn)樗窃谄脚_(tái)上運(yùn)行的。

問(wèn)：通過(guò)適配層能否改動(dòng)軟件的架構(gòu)？
　　MIPS – Jack：是的，你所希望做到的是，建立若干個(gè)出色的孤島，而我不希望過(guò)問(wèn)這些島的互操作性，我不希望過(guò)問(wèn)芯片上的多個(gè)處理器。你不用過(guò)問(wèn)芯片本身，不用過(guò)問(wèn)操作系統(tǒng)，不用去管編程手冊(cè)。這些島都極為出色，是供應(yīng)鏈上的頂級(jí)廠商所開(kāi)發(fā)的。我們的最佳的產(chǎn)品將通過(guò)把這些串聯(lián)起來(lái)而形成產(chǎn)品，將其推向產(chǎn)品，而且能工作。所以，它們是獨(dú)立的，但人們必須遵循某種規(guī)則，他們必須能信任對(duì)方——這些產(chǎn)品是可用的。
　　Wipro - Siby：我們必然看到軟件的復(fù)用越來(lái)越多，而且我們會(huì)看到還會(huì)推出具有鮮明特色的軟件，體現(xiàn)在硬件架構(gòu)上。
　　Tensilica – Steve：我認(rèn)為達(dá)到那一點(diǎn)的途徑是找出哪里放置抽象層才具有意義。而對(duì)那一點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，的確能提供互操作性。形成先進(jìn)的功能劃分，并保證其性能模塊間的互操作性，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，重新設(shè)定其架構(gòu)，或者任何其他的工作，使之能更好地完成其工作，而不必?fù)?dān)心它與系統(tǒng)的其他部分的互操作能力如何。因?yàn)槟阋呀?jīng)從這件任務(wù)中解放出來(lái)。復(fù)用本身并不能實(shí)現(xiàn)復(fù)用。

自動(dòng)代碼生成器

　　問(wèn)：從汽車(chē)電子應(yīng)用的角度來(lái)看，自動(dòng)代碼生成器一直得到廣泛的應(yīng)用。它有可能成為未來(lái)的解決方案嗎？
　　MIPS – Jack：我想，汽車(chē)業(yè)追求的一點(diǎn)是駕乘的完美性。在某些汽車(chē)上，裝備了100多個(gè)處理器。而有些汽車(chē)所能用到的處理器更少，這是因?yàn)槿藱C(jī)接口的應(yīng)用很糟糕。因此客戶(hù)無(wú)法在對(duì)汽車(chē)進(jìn)行保養(yǎng)后，通過(guò)原先的編程來(lái)將座椅回復(fù)原位?，F(xiàn)在是有很多變革，但人們必須在編程語(yǔ)言的層次上開(kāi)展工作，而我們現(xiàn)在還找不出產(chǎn)出率比C＋＋更高的編程語(yǔ)言。我認(rèn)為那就是挑戰(zhàn)的一部分。
　　Mentor – Bill：但我的確看到汽車(chē)工業(yè)是一個(gè)高度講求安全性、品質(zhì)的行業(yè)。新一代代碼的推出也必須滿(mǎn)足法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，而且通過(guò)采用這些條文的運(yùn)用來(lái)進(jìn)行修正。汽車(chē)、醫(yī)療等行業(yè)都要按規(guī)章來(lái)實(shí)行，并通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的執(zhí)行來(lái)獲得專(zhuān)業(yè)水準(zhǔn)，這樣才能承擔(dān)任務(wù)。因此這些規(guī)則將逐步轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。汽車(chē)電子業(yè)推出了許多標(biāo)準(zhǔn)。而在各個(gè)模塊間實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)候，代碼生成器才能真正得到應(yīng)用。但它也會(huì)限制革新。

　　問(wèn)：在Bosch，80％的代碼是由代碼生成器生成的。
　　Mentor – Bill：我的確看到了很多這些例子。有趣的一點(diǎn)是，在20％的軟件上仍然能夠?qū)崿F(xiàn)鮮明特色。

產(chǎn)業(yè)斷層

　　問(wèn)：我看到了現(xiàn)在有這么多的架構(gòu)和產(chǎn)品，人們使用了大量的IP內(nèi)核、IP處理器，而從架構(gòu)的角度來(lái)看，你所看到的架構(gòu)隨著應(yīng)用的不同而有較大的差異。在10多年內(nèi)，這會(huì)導(dǎo)致大兼并嗎？這個(gè)會(huì)不會(huì)導(dǎo)致專(zhuān)業(yè)的分化，于是會(huì)出現(xiàn)大的公司，而且出現(xiàn)一些從軟件上支持他們的、專(zhuān)業(yè)化的小公司？
　　MIPS – Jack：我在參加一個(gè)EDA會(huì)議時(shí)，一家小公司曾問(wèn)了同樣的問(wèn)題。半導(dǎo)體業(yè)和電子業(yè)是存在斷層的行業(yè)，它們是由一批獨(dú)立的公司來(lái)領(lǐng)導(dǎo)的。但是同時(shí)，為了獲得最大收入，你必須遵守一些規(guī)則，但是如果我的軟件1990年有這些軟件的話，因?yàn)槲矣玫氖荖okia，但是，我買(mǎi)了個(gè)新手機(jī)后，我所得到的是一張白紙，不用再忍受20年前的程序中的那些錯(cuò)誤。獨(dú)立的空間是有的。當(dāng)新產(chǎn)品和新標(biāo)準(zhǔn)推出后，你會(huì)感到斷層，要考慮如何得到足夠的批量，以保證商業(yè)模式的可行性。這也就是適者生存，我們希望存在競(jìng)爭(zhēng)的原因。

（迎九根據(jù)此次會(huì)議的錄音整理）