推动标准的平台
在复杂SoC设计中，设计的可复用性是一种公认的能有效提升设计效率的方法。单纯地强调开发和集成硬件IP(intellectual property)模块还不够完全，人们应该继续提高IP的抽象层次——从简单的组件到完整的功能子系统，为SoC设计提供一个灵活而稳定的出发点。
目前许多公司都进行基于平台的设计，希望借此来满足越来越紧迫的产品上市时间要求。然而，如果只是简单地把一个原来的设计转移到另一个产品设计中去会带来很多问题。假如这个设计没有考虑到设计的可复用性，并且缺乏足够的文档说明，那么改写该设计花费的时间可能比重新写一个更长。
在电子行业中，标准的发展对于降低开发费用是至关重要的。通用设计语言、工作设计标准、可测性和其他许多方面的发展使得设计团队可以使用类似的技术，或者购买到可以协同工作的解决方案。自从ARM体系结构出现以后，一个包括开发系统、硬件和软件IP、芯片和专业维护等的有机系统正在形成。这其中最重要的一点就是把ARM结构体系作为一个标准。
只有在标准化的基础上不断提高IP的抽象层次，这种趋势才有可能持续发展下去。共享标准对于克服设计复杂化非常重要。然而，对于确定标准化能够带来好处的方面，需要对如何区分SoC设计环节有很好的了解。
行业趋势
在2001年《半导体国际技术发展道路》(International Technology Roadmap for Semiconductors)的报道中指出，一个好的SoC系统驱动器要有多种技术的集成、高性能、低功耗和低价格等特征。每一个新的技术工艺“节点”(如：0.13微米、0.09微米、0.07微米等)芯片面积平均以20%的比例增长——即使新的工艺可以在相同的面积上集成更多的逻辑单元。每一次工艺提升，平均处理器的逻辑增加4倍，存储器容量增加2~4倍。
产品功能的集成，如移动电话向多功能PDA的转变、数字播放器和游戏机的合成等，推动着系统性能和复杂度的快速提高。通常每一个主要的功能都是一个独立而复杂的子系统。对于那些开发这类产品的公司来讲，开发和维护这么一个庞大的系统正变得越来越困难。同时，消费者不会因为产品是多功能的就降低对每种功能的质量要求。
为了有效执行特定功能的高性能算法，终端产品中通常会整合进一些特殊的硬件模块来弥补CPU功能的不足。诸如Java、音频、多媒体和3D图像等都需要硬件加速器来保证需要的特殊性能。当更多需要高性能保证算法出现的时候，软件需要专门硬件配合的情况还将继续下去。随着软件的复杂度超过硬件，许多嵌入式和平台产品正在开发和应用实时操作系统，以分离硬件和软件接口。采用一个标准的用户操作系统，如WindowsCE，能使最终上市的产品拥有尽可能多的应用功能。另一方面，把一个操作系统移植到新的设计中来是一项非常艰巨的任务。它要求设计人员十分细致小心，且对系统平台和操作系统本身的复杂特征十分了解。即使只是开发一个稳定的基础水平设计——包括能够运行操作系统的软件和硬件，都要付出相当多的努力。
所有这些趋势都将导致更长的开发时间和更高的开发费用。对于许多OEM来说，他们的目标是能够在不同的产品设计之间分享某些基础开发费用，但同时在基础之上又能够依据不同的产品加入独特而清晰的附加功能。这种分工、合作与竞争并存的模型，已经为许多希望控制开发成本的公司所采纳。无论是电信行业中共享的网络，汽车制造商共享的汽车开发平台，还是为复杂SoC开发的IP，这种模型都建立在某些共同的标准之上。
标准的出现
10年或15年以前，ASIC中的控制功能几乎都是由一组硬件控制器完成的。随着ASIC功能的发展，控制也变得越来越复杂化，使用更灵活的固件意味着设计者可以开发一个微处理器来完成ASIC中的控制功能。今天，很少的公司会考虑自己开发CPU。复杂的嵌入式CPU开发时间长达数年，而购买一个现成的解决方案可能是更好的选择。
使用面向不同应用的产品、专门方法、设计便利、软件资源、全面的开发工具、大量第三方产品和IP，有着不可抵挡的优势。ARM CPU发展的焦点在于维持和开发ARM指令集体系结构(ISA)标准。这是ARM体系结构的蓝图，并且必须被小心控制，以保证ARM能够继续开发高性能的内核，而不会破坏在ARM周围已经建立起来的系统结构。为了达到这个平衡，ISA也在增加。这种体系结构的标准化和进步为开发人员、专业技术和工具流动提供了一个坚实的基础。
随着ARM ISA的发展，ARM内核也在发展。“内核”现在的定义通常包括缓冲存储器和存储器管理单元(MMU)，以及其他一些“紧密集成”的模块。一般情况下，这些模块必须设计成能与CPU和 ISA一起工作，并且可变动的范围极其有限。在系统级上来看，片上总线结构——AMBA是另一个例子，从中可以看出一个成功的、标准化的解决方案是如何使设计和IP领域收益的。许多公司都在根据AMBA互连体系进行设计，因为这符合他们的要求，并能使他们更容易从ARM和其他第三方处获得与AMBA兼容的IP。像ARM体系结构和AMBA片上总线结构那样的标准，可以使许多不同的公司共享一个硬件或软件IP、专业技术和开发方法。
经过标准化的方案通常风险较低——他们的市场动力保证了其长期而广泛的可用性。从策略上看，为芯片复杂部分选择现成的、经过验证的IP可以缩短产品上市时间、提高产品性能。如果嵌入式行业是互相孤立的或者建立在不兼容的内核和IP基础上的话，降低风险、提高质量和缩短产品上市时间将会变得非常困难。
随着SoC复杂化趋势的加快，人们面临的挑战是，保证这个行业能够继续从分担SoC设计的开发费用中受益。其中最重要的是在内核和系统总线的基础上继续推动标准化。
PrimeXsys回顾
ARM在2001年推出了首个PrimeXsys平台：ARM926EJ-SPrimeXsys无线平台(ARM926EJ-S PrimeXsys Wireless Platform ，即926 PWP)。这个平台提供了一个可复用平台解决方案，旨在支持PDA、2.5/3G手机、手持游戏机等高端用户产品。其他基于操作系统的用户产品，诸如音频编解码器或者视频流式媒体，以及需要Java支持的应用，都能从PrimeXsys平台中获益。与内核一样，926PWP含有其他模块，如LCD控制器、向量断点控制器、看门狗和计时器，帮助用户的操作系统能够在该装置上正常启动。926PWP不仅提供可扩展硬件IP，还包括验证方法、开发工具、应用软件。最重要的是，还可以选择一个移植好的操作系统。926PWP也能提供许多ARM PrimeCell外设库中的外设元件。使用PrimeCell或其他ARM IP时，926 PWP可以发挥它的扩展功能，诸如连接、存储、音频、视频及图像中的主要应用。这些选项可以由自己的或第三方IP进行补充组成完整系统，例如，无线基带处理系统。
设计小组可以在926 PWP上建立起各自不同的ASIC，从一个能够在平台上启动的操作系统出发，直接达到预期的设计目的。
开发这些平台，目的是要令开发者将出发点从内核或IP库的层次转移到另一个更高的水平上，同时，鼓励个性鲜明的专用设计和努力缩短产品上市时间。
基于平台的设计并不意味着一个单一的体系结构可以面向所有的应用。为了得到一个最优化的解决方案，工程师需要面向特定应用特殊考虑。这种设计抽象层次的提升，为我们展示了一个新的平台设计出发点——在现有的“内核”的定义之上，但是又低于专用平台的层次。
结语
现在的市场每天都需要新的技术，在这种不断增长的压力下，ARM PrimeXsys解决方案很好地适应了今天甚至明天芯片及设备生产商的软硬件开发需求。■
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