在SoC器件中如何平衡嵌入式软件的关键作用？

嵌入式系统开发主要有板级、芯片级与台式机三大领域。在本专刊中，主要探讨了应用MCU、微处理器、DSP进行板级开发的工具。但是在美国，嵌入式开发主要指芯片级的SoC（系统芯片）。
在本刊7月期108~110页上，曾介绍了美国“2007电子高峰会议”上的“SoC软件设计讨论会”。在此报道的基础上，这里荟萃了会上的部分精彩问答。

会场：从左至右代表来自：Mentor，MIPS，Tensilica，Wipro
会议举办地——美国加州Monterey风景

多核环境vs并行化

　　主持人：Gartner的John Barber：对于那些利用了并行化的架构的设计，多核环境构成了一大挑战。如果我们能克服这一挑战，Tensilica的多核推想就可能成真？
　　Tensilica - Steve Roddy：我认为关键在于我们整个行业尝试并应用通用型计算的架构，还是去应用更适合于嵌入式计算的技术。我曾经对两种情况进行了比较：分别将一个嵌入了Pentium内核的器件和一个嵌入式设计提交流片前的对比。嵌入式设计利用了如下的优势，即功能度可以划分为独立的小系统，并在独立的模块中实现，从而能实现优化的功能度。过往，这些都是硬件上的模块，你在通用型的主控上有软件API（应用程序接口），让编程者访问这些硬件上存在的资源。如果你尝试过一个20～30万门阵列模块，这是一种很正常的设计风格。正是因为这些模块可能恰好是处理器，用处理器进行设计将具有更高的效率，而且用处理器进行设计将更宽容一些，你如果以处理器作为设计的基础引擎的话，则在交付流片后还可以对其进行重新编程。你有更多的处理器，也不必改变使用的模式，并不意味着你现在要面对另外的15个处理器，而你必须了解另外15种可编程设计。如果你给编程者所提供的是定义良好的API，以便访问内核－内核的资源。一般的编程者都可以轻松地应对这样的编程任务，只有SoC设计者需要知道某个模块是处理器，了解并行化软件的内核是如何运作的。
　　Wipro - Siby Abraham：我与你们的看法有一点不同。如今，谈到嵌入式软件工程，为了利用好多核架构，你必须拥有编译器、编程语言。随着你进入更高性能水平，这些工具显得更为重要。在功能被清晰划分的地方，我同意你们的看法。但是，我们越来越多地看到，应用中所采用的处理器数量增长很快，而性能如何提高也将成问题。
　　Tensilica – Steve：随着时间的推移，软件的工作变得愈来愈重要。那些目前业界的标准化组织正在着手进行标准的制定，多核组织已经建立了一个工作组，着手制定关于API的标准，使之能根据多核的特点来分配workload。随着时间的推移，人们必须推出基础架构，使开发者不必去面对多核带来的复杂性，不必让一个半导体公司的客户、软件工程师，打开说明书去查清其芯片架构的每一个细节，我们不能强迫每个工程师去了解清楚芯片上的每一个细节。
　　MIPS科技 - Jack Browne：我认为，如果你考察器件的复杂性，130nm的SoC上市前成本是1300～1500万美元；90nm时，成本是3000万美元。人们推出了ASSP，他们不是针对某个具体问题进行定制的ASIC。在今天的65nm和45nm节点上，人们的设计方法是大量地复用。所以80％的设计是复用的。我们需要API来推进这些开发工作，我们可以划分各种东西，划分音频Codec（编/解码器），此后，我可以将其放到任何一个设计中。但是，除了API，还应该有一个平台化的架构，以便保证你的上市时间。
　　为了实现这一点，我们需要厂商能提供电子系统级的模型，这样软件人员不用去读说明书。只要有一张CD，上面有可执行的芯片模型，它的运行速度足够快。所以，你能够实现你的应用。于是，当芯片被取回来时，你就有相应的软件了。你可以解决芯片上存在的缺陷。而你可以实现相应的并行化，让芯片上的各个部分能工作。

代码编写人力不足？

　　问：嵌入式软件的代码的行数每年以46％的速度增长。而编写代码所动用的人力，则以7.5%的年均增长率成长。你看，这里的障碍在于人力的缺乏。

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　　MIPS – Jack：人们解决这个问题的方式，同样是复用。每一件产品不能从一张白纸起步——公司采取这种策略的话，就会倒闭。你必须推出相互间有继承性的产品线。一个好的例子就是802.11。它最早是以小带宽的b开始的，而g则成为主流，而去年圣诞节，802.11n也降低到了100美元的价位，达到了消费类的空间。软件也是这样运作的。复杂性在于，你必须让数据包能四处移动，而且让吞吐率提高2个数量级。如果你第一个软件行不通的话，你在开发第二款产品时就必须重新编写，而这样的公司是没法生存的。我们这个行业对于那些策略上犯错误的公司是很残酷的。
　　Mentor – Bill Chown：我继续扩展这个话题，80％的程序是复用的。但是并不是每个软件都有那么高的复用率。随着软件的开发，越来越多的软件形成了软件包、软件栈，从而能被方便地复用。因此，并不需要人力也增长46％来解决这个问题。我发现复用的一个问题是，我的手机包含了手机厂商从1990年以来编写的所有软件——这里面实在有些是垃圾。

　　问：软件46％的增长速度与人力7.5%的增长速度间的差距将会逐年增大，你们最终会遇到人力方面的问题？
　　Mentor – Bill：我们会发现类似的情况曾经发生过，在硬件空间中，如今的自动化技术已经无法进一步产生动力了。我们就必须引入新的人力，以便在硬件上能进一步提升其层次。看看软件领域，头号的软件工具是什么？是VI。VI中不是全套的自动化工具，它的自动化是在不断提升的，当然不一定与你提到的人力的增长速度同步。它的发展速度当然与软件代码的行数的增加是一致的。在软件空间中，自动化是一个非常开放的领域，作为我们这样的自动化厂商来说，软件业已经习惯了VI的价格，试图说服他们，自动化的价格与VI的价格不太一样，将是一项有趣的挑战。
　　Tensilica - Steve：正如Bill提到的那样，也许现在复用是过多了，这会影响到用户的体验。

协议栈已成熟？

　　问：当Jack提及802.11时，实际上谈论的是两种不同的软件。他所说的是协议栈，与Paul实际谈到的软件是不一样的。这个说法对吗？协议栈现在是一个比较成熟的技术了。
　　MIPS – Jack：随着程序的行数，例如电视的操作系统软件从100万行程序进步到300～800万行，我再添加50万行，就可以形成相应的环境中间件，则我一旦编写完一套软件包，就可以在其他任何地方使用。你应该看到的挑战是——上市的时间。设计工程师们要完成足够好的设计。我进行的设计满足了客户的需求，而Steve所做的设计超出了用户的需求，其设计开销也是我的2倍，而且所花的时间更长，则在市场上我将会取胜。我经常遇到同行谈技术上挑战的困惑：我的设计更好，但为什么我的竞争对手能卖出去，而我却不能？当设计足够好的时候，客户就愿意为任何别的东西付钱。这就是为什么以前人们为了努力将程序缩小20％而付钱的时代早已一去不复返的原因，因为内存已经很便宜了。我在买新手机时，只要花20美元就可以买到一张1GB的内存卡。

低功耗标准化

　　问：软件对于SoC的低功耗来说已经成为一个关键性的因素。现在低功耗的标准化吸引了人们的密切关注，几家组织已经希望我们能在不久的将来制定出大家都同意的标准。
　　MIPS – Jack：影响功耗的问题有两个：一是泄漏，为了保证晶体管的速度，现在的栅叠层只有3个分子厚。芯片上一半的功耗都可归结为漏电。现在有许多制造方面的信息，用于解决漏电问题。另一方面，是多核和单核之间的差别。一个双倍频运行的处理器内核，其功耗将低于多个以一半的频率运行的内核的总功耗。如果你能把任务分解为若干部分，我可以在多个内核上分配这些任务，我可以关闭其中的若干个内核 。我的手机可以通过802.11网络来实现，我不需要开启GSM无线部分。这些系统的定义都可以由客户通过OEM（委托制造）来完成。你可以看到许多其他的重点，可以是标准化，等等。我们之所以从事这些工作，其原因就是设法赚钱。客户可不愿意付钱，但他们的确需要解决方案。随着时间飞轮的转动，我想，我们今天却没有我们所需要的吸引力。
　　Tensilica – Steve：我认为要降低功耗，现在的层的划分太过于分明。在EDA界对共用的流程的讨论，通过信息的交换，一个针对具体架构的设计实现，可以快速优化，以便实现功耗的降低，但是在架构层次上实现，这里是实现大幅度节能的地方，无论他是像Jack所说的那样，可以把任务分配给多个更小的处理器，并针对特定的功能对处理器进行任何优化，我们对数据流的架构进行设计，提供ESL层次的建模，如果你灌入总线的数据太多，而且影响到了速度，这就也许在不同的模块间实现直接连接。通过硬件和软件方面的建模而实现更高层次上的建模，则可以实现极大的节约，并了解你的架构选择的影响，以及它是否合适。

互操作和可移植的标准化

　　问：如何看待开放标准架构的发展潮流，因为这实现了系统间的互操作性，尤其在嵌入式系统间的互操作性和可移植性方面？

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　　Tensilica – Steve：这的确是开放式架构的事，这又回到了并行化的问题。互操作性真正起作用的地方，趋向于我们首先要解决的部分，互操作性在实践中突出的地方，是我们的具体应用间的通信机制，而不是这些应用间的互作用机制，完全在系统层次上。是否要实现某种程度上的互操作，不妨去看看流程流向哪里。
　　MIPS – Jack：另一个推动互操作性发展的动力是如下的事实：软件的品质要达到可以投产的程度。一旦我拥有802.11解决方案，所有的协议都已经解决。我经过验证，证明其不会丢失包，或者失去对某些包的存储。这就是我们的下一件产品努力的对象。我要在我的膝上机上装上无线LAN，我希望我的手机装上无线LAN，我希望我的照相机也装上无线LAN。但是一天结束时，我不用为多出来的价值而付费。所以我希望软件能够工作，我并不太在乎它有点过大。因为我面临的挑战，是保证推向市场的产品能像我所宣称的那样工作。
　　如果我有高品质的代码，我就可以更快地上市。那就是业界的情况，因为人们所使用的这些装置是可以互操作的，知道它们能正常工作。在座的人有多少向自己的PC上下载过东西？当你直接下载到硬件上时，会导致其他部分的崩溃。当我们不能提供相应的性能时，就设法绕开它，这就违反了规则。系统已经变得如此复杂，以至于你必须进行有序的设计，因此人人都必须遵守规则。

软件适配器

　　问：关于软件的复用性。Siby说，软件对于性能、内存占用、功耗、效率、对骇客的抵御能力和可视化来说，应该负更多的责任。最终则还是要依赖于硬件来实现。那么，如果你不断改动模块的架构，并改变相应的硬件，那么你如何保证软件的复用性？
　　MIPS - Jack：我们必须有一个软件适配层。也就是说，我可以改变USB端口。我在这个产品上没有USB，而在其他产品上有5个，最终使软件并不会在意，因为它是在平台上运行的。

问：通过适配层能否改动软件的架构？
　　MIPS – Jack：是的，你所希望做到的是，建立若干个出色的孤岛，而我不希望过问这些岛的互操作性，我不希望过问芯片上的多个处理器。你不用过问芯片本身，不用过问操作系统，不用去管编程手册。这些岛都极为出色，是供应链上的顶级厂商所开发的。我们的最佳的产品将通过把这些串联起来而形成产品，将其推向产品，而且能工作。所以，它们是独立的，但人们必须遵循某种规则，他们必须能信任对方——这些产品是可用的。
　　Wipro - Siby：我们必然看到软件的复用越来越多，而且我们会看到还会推出具有鲜明特色的软件，体现在硬件架构上。
　　Tensilica – Steve：我认为达到那一点的途径是找出哪里放置抽象层才具有意义。而对那一点进行标准化，的确能提供互操作性。形成先进的功能划分，并保证其性能模块间的互操作性，对其进行优化，重新设定其架构，或者任何其他的工作，使之能更好地完成其工作，而不必担心它与系统的其他部分的互操作能力如何。因为你已经从这件任务中解放出来。复用本身并不能实现复用。

自动代码生成器

　　问：从汽车电子应用的角度来看，自动代码生成器一直得到广泛的应用。它有可能成为未来的解决方案吗？
　　MIPS – Jack：我想，汽车业追求的一点是驾乘的完美性。在某些汽车上，装备了100多个处理器。而有些汽车所能用到的处理器更少，这是因为人机接口的应用很糟糕。因此客户无法在对汽车进行保养后，通过原先的编程来将座椅回复原位。现在是有很多变革，但人们必须在编程语言的层次上开展工作，而我们现在还找不出产出率比C＋＋更高的编程语言。我认为那就是挑战的一部分。
　　Mentor – Bill：但我的确看到汽车工业是一个高度讲求安全性、品质的行业。新一代代码的推出也必须满足法规和标准，而且通过采用这些条文的运用来进行修正。汽车、医疗等行业都要按规章来实行，并通过长时间的执行来获得专业水准，这样才能承担任务。因此这些规则将逐步转化成标准和法规。汽车电子业推出了许多标准。而在各个模块间实现标准化的时候，代码生成器才能真正得到应用。但它也会限制革新。

　　问：在Bosch，80％的代码是由代码生成器生成的。
　　Mentor – Bill：我的确看到了很多这些例子。有趣的一点是，在20％的软件上仍然能够实现鲜明特色。

产业断层

　　问：我看到了现在有这么多的架构和产品，人们使用了大量的IP内核、IP处理器，而从架构的角度来看，你所看到的架构随着应用的不同而有较大的差异。在10多年内，这会导致大兼并吗？这个会不会导致专业的分化，于是会出现大的公司，而且出现一些从软件上支持他们的、专业化的小公司？
　　MIPS – Jack：我在参加一个EDA会议时，一家小公司曾问了同样的问题。半导体业和电子业是存在断层的行业，它们是由一批独立的公司来领导的。但是同时，为了获得最大收入，你必须遵守一些规则，但是如果我的软件1990年有这些软件的话，因为我用的是Nokia，但是，我买了个新手机后，我所得到的是一张白纸，不用再忍受20年前的程序中的那些错误。独立的空间是有的。当新产品和新标准推出后，你会感到断层，要考虑如何得到足够的批量，以保证商业模式的可行性。这也就是适者生存，我们希望存在竞争的原因。

（迎九根据此次会议的录音整理）