一旦有了想法，将需要多长时间才能把它转化成产品呢？这取决于包括开发者专业技能在内的许多因素。当然也可以选择从头做起。不过，在一个已成形的基础之上创造自己的产品可以缩短交货期、增强功能，甚至降低最终产品成本。因此最好还是从参考设计开始吧。

 

供应商通过提供参考设计来突出芯片、模块、软件或服务，但并不是所有参考设计的理念都是等同的。有些参考设计是完整的全功能设计，设计师通常可以借助这些参考设计扩展或定制解决方案。有些参考设计则是一个平台，它以一种更容易集成进另一个设计的方式重点突出一个或多个特性。

 

全功能参考设计

 

通常一个参考设计的完整性取决于目标用户。例如笔记本电脑，可能仅在外壳的颜色和结构方面对参考设计做些修改。例如，威盛公司(VIA)的轻量级(1.87磅)Nanobook UMD(超级移动设备)就重点突出了公司的VIA处理器和芯片组(图1)。这款产品是与First International Computer联合开发的。威盛科技公司行销副总裁Richard Brown表示，这种类型的平台常被称为“立即可上市的”。开发人员可以对外壳做一点小改动，也可以作较大的改进，如增加IP电话(VoIP)模块。威盛可以满足用户的特殊要求，用户也可以直接采用这一设计和实现，或作进一步的功能增强。

 

图1：虽然威盛的参考设计实质上就是最终产品，但它完全开放给用户进行定制设计，从附加外设到外壳颜色等。

 

采用这种方法后，用户可以充分利用供应商在器件(比如1.2GHz VIA C7-MULV处理器或高速接口)方面的专业知识。这样，参考设计就能以最低的成本迅速进入市场。

 

但有些时候不是实现难度问题，而是如何利用新想法的问题。许多全功能参考设计在面市后还是需要针对具体应用进行定制。

 

对使用Future Technology Devices International公司的Vinculum VNC1L芯片感兴趣的开发人员可能希望从DLP Design的DLP-VLOG着手(图2)。这种传感器记录系统采用了标准的USB闪存记忆棒。板上装载有Microchip的PIC16F88处理器、温度和湿度传感器、一个实时时钟以及两个用于测量0~30V电压的模拟输入通道。

 

图2：DLP Design的DLP-VLOG使用Future Technology Devices International的Vinculum VNC1L芯片实现数字记录设备，该设备可将信息存储于闪速记忆棒中。

 

DLP-VLOG可以原封不动地用于许多设备，但也可以进行定制，因为它本身就是一个参考设计。开发人员可以很容易地理解接受版图，并对访问的接口类型作出尽量少的改动。虽然供应商提供的参考设计可能和这些例子一样非常完整，但用户还是可以对这些参考设计做出较大的修改。

 

AMD公司开发了ETX参考设计套件(RDK)和逻辑产品设计(参见www.electronicdesign.com网站的x86 System-On-Module Cuts Time-To-Market一文)。这些套件突出了AMD的Geode处理器芯片，所用的系统级模块包含了Geode。当采用这种方法时，模块可以被集成进最终设计中。

 

AMD现可提供完整的原理图和支持文档，因此大量的系统设计工作已经完成。然而，这个参考设计仍需要重大改进才能实现真正意义上的产品。与经过早期验证的更完整的参考设计不同，这些系统不是针对特殊应用。这些更通用的参考设计需要进一步开发，他们与实际产品相距更远。

 

开发套件

 

多年来我一直在手工查阅开发套件(参见电子设计在线号码为8270的“The Launch Of A New Web-Exclusive Department”一文)。在这段时间中我发现平台的成熟性和支持的深度有了显著的改进，特别是在软件和工具方面。

 

在许多情况下，硬件设计师都要增加参考设计或开发套件的功能。但在定制平台可用之前经常会产生重大的改进，尤其像COM Express这种基于模块的解决方案尤其具有这种可能。

 

大多数基于模块的解决方案需要定制的基板。通常模块和基板之间具有互换性。模块一般是现成的元件，这意味着它们具有一致的架构，只是在功耗、处理器性能和不会显著影响软件开发的其它细节方面有些区别。

 

Kontron公司的COM Express基板就是很好的一个例子，它包含了COM Express模块的所有功能(图3)。就像大多数参考设计那样，Kontron公司也提供基板的原理图。在许多情况下，除基板上的位置需要改动外，一些或者所有设计都可以不加任何修改地被用于实际产品当中。

 

图3：Kontron公司通过COM Express母板向开发人员提供所有可选功能。图中的母板上安装有ETXexpress-PM模块。

 

这种方案在考虑嵌入式领域中的最新技术(如串行ATA(SATA)、PCI Express和ExpressCard)时特别有用。事实上，ExpressCard可以访问插入ExpressCard插座的附加现货产品。用于参考设计基板的相同附件可以被集成进最终产品。

一些附件(如PCI适配板)可能会也可能不会被包含在最终产品里。为了减小产品体积、功耗、成本以及许多其它原因，硬件设计师只需简单地将PCI适配器上的PCI桥接芯片和其它硬件集成进产品设计。而软件设计师通常也只要做很少量的修改或根本无需修改就能将他们的程序从参考设计移植到最终设计中，从而有效地缩短产品上市时间。

 

诸如来自Spectrum Digital的评估模块则是更加豪华的开发板，它所强调的是TI的C5500 DSP(图4)。这类系统不是被设计成适合某个封装或者被集成进某个系统，虽然这类系统所强调的芯片和接口可以这么做。产品设计和开发板的某些部分可能会比较匹配。

 

图4：Spectrum Digital公司开发的这款开发套件开辟了使用TI C5509 DSP的一种新途径。

 

在许多情况下，开发板可能有不同的配置，或者其插件模块能让系统用于特殊的应用领域。Spectrum Digital公司的一些封装主要针对modem设计，而其它一些封装则可以更好地满足多媒体应用要求。像Microchip的Explorer 16这样的开发板就提供了微型PICtail 16扩展板的插座，因此适合这种扩展方法(参见电子设计在线11142的“One 16-Bit Architecture To Bind Them All”一文)。

 

Rabbit Semiconductor公司的SR9000智能明星系统(SSS)使用相同的开发板。虽然SR9000设计用于嵌入式系统集成，但Microchip公司的Explorer 16主要用于建模终端产品。Explorer 16常见于实验室环境中，但很少用于象SR9000这样的产品。

 

同样，模块化参考设计与基于PC/104等标准总线架构的板级系统之间也不应混淆。后一类产品通常可以被集成进产品，而不是用作产品设计的基础。

 

借助于模块化系统，定制配置可以很方便地进行组合。但它们仍需要硬件。在许多情况下硬件可用性可能比较有限，从而促使开发人员转向虚拟参考设计。

 

虚拟参考设计

 

仿真后的系统常被称作虚拟系统。这里的“虚拟”两个字与“虚拟机”中的虚拟有完全不同的含义。虚拟系统仿真实际的参考设计。仿真级别可以有很大的变化。例如，Virtutech Simics公司的虚拟系统平台可用来仿真飞思卡尔公司提供的强调其多核处理器的最新开发套件(图5)。

 

图5：飞思卡尔公司开发板的大部分功能都可以在Virtutech Simics模型中得到复制，从而允许编程人员在获得硬件之前开始开发工作。

 

Simics公司可以提供精确周期的仿真或功能级仿真。该仿真覆盖了处理器的各个方面，但从处理器到参考板上的其它接口都很少有功能性转移。这并不罕见，因为这些接口的标准化程度较低，仿真难度较大，至少开发人员是这样认为的。而象以太网或串行接口等标准接口是最容易解决的。事实上，Simics仿真可以将处理器的以太网业务路由到主机的网络。

 

建立仿真并不是一件容易的事。处理器仿真更加复杂，接口仿真也相当复杂。而另一级别的仿真，用户接口，是物理用户接口相对应用程序描述的软件用户接口的一种图形化表述。这种更高一级的仿真被用于智能手机仿真或类似平台，这些应用需要的开发人员的数量和所能提供的硬件的初始可用性比起来相对较多。

 

这也带来了虚拟参考设计的其它优点。改进的调试是另一种经常用于实际硬件的前沿仿真。它们可以发掘JTAG调试接口无法获得的信息，比如管线状态信息。此外，虚拟多核环境还拥有同步调试和跟踪的优势，依靠硬件这些功能或许是无法实现的。

 

虚拟环境的建立和系统设计之间有很大的脱节。一般情况下，系统设计在虚拟环境开发出来并最终交付给开发人员之前就相对比较完整了。

 

以模型开始并用于硬件的最紧密的工具包括国家仪器公司的LabVIEW Embedded和Mathworks的Simulink。两者都是基于模型的设计工具。LabVIEW Embedded可以根据用户创建的模型产生程序代码甚至FPGA代码，但这两个工具都不能满足板级设计的详细要求。这些工具的优势在于模型仿真是固化在系统设计中的。

 

仿真可以用于内部开发或第三方开发，这要取决于硬件的可用性和成本。在上述智能手机的例子中，仿真经常是在硬件出来前就可用了。同样，发布软件仿真的成本也是可以忽略的，虽然许可费用可能会比较高。

 

前景展望

 

参考设计的创建理念不都是一样的。设计师对参考设计的要求也不尽相同。因此不同的人对参考设计的期望和要求会有很大的变化。同样，根据平台、应用领域和成本，使用范围也有很大的区别。

 

参考设计的来源有许多，并不限于芯片供应商。同样，当涉及开发套件和供应商开发周期时，参考设计经常在其它地方实现。这些地方包括设计公司、模块和板的供应商以及分销商。参考设计，特别是虚拟参考设计，经常是由食物链的上游企业(如服务提供商)提供。供应商对参考设计的支持级别也有很大的变数。在低端市场，唯一的支持可能只在产品随附附件中。而另外一个极端是，供应商代表可能会提供硬件和软件咨询，有时可能还要相当大的代价。然而与在公司内开发和维护同样的竞争能力相比还是要便宜得多。

 

在查阅参考设计和相关工具、支持和原理图时要认真阅读任何许可的印刷文字。它们可能需要额外的费用，或要求在产品内使用参考设计。芯片供应商很少征收板级参考设计费。而设计公司则要靠他们的服务生活。对使用参考设计的系统进行评估的费用一般很低，有时根本无需费用，但最终产品交付则是另外一回事。

 

另外，要考虑与参考设计一同使用的所有开放源码软件或硬件。开放源码许可会带来其它问题。例如，公司是否愿意遵守像GPL这样的开放源码许可，或者BSD许可涵盖下的不同平台是否能更好地满足公司目标？

 

参考设计可以节省相当多的工作量，但不要完全依赖于它。在大多数情况下它们是可用的，但产品类型和复杂程度在不断变化。幸运的是，只是检查参考设计的成本相对较低。

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