透過(guò)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中的感知層、透過(guò)可靠傳遞和云端運(yùn)算將現(xiàn)有的及未來(lái)新的各種硬體設(shè)施進(jìn)行全面串連以形成巨大的智慧網(wǎng)路應(yīng)用是現(xiàn)今智慧城市規(guī)劃的基本概念，但當(dāng)上層應(yīng)用已全面?zhèn)渫讜r(shí)，物物相連的物聯(lián)網(wǎng)卻也面臨著極大的考驗(yàn)。

研華嵌入式運(yùn)算核心事業(yè)群協(xié)理蘇高源表示，目前產(chǎn)業(yè)界已把與智能運(yùn)算上層復(fù)雜運(yùn)算相關(guān)的云端服務(wù)、系統(tǒng)應(yīng)用等軟硬體架構(gòu)逐漸完成，但若把成千上萬(wàn)的底層設(shè)施之決策都交由云端運(yùn)算來(lái)處理，龐大的運(yùn)算負(fù)擔(dān)將使系統(tǒng)輕則網(wǎng)路大塞車、重則無(wú)預(yù)警當(dāng)機(jī)，屆時(shí)智慧應(yīng)用不但不能即時(shí)提供智慧服務(wù)，反而只能以龜速反應(yīng)來(lái)處理終端需求，因此他認(rèn)為，「唯有把部分的智慧決策下放到最底部，由感測(cè)層來(lái)處理，并藉由簡(jiǎn)單運(yùn)算（MicroComputing）之設(shè)計(jì)來(lái)分擔(dān)物聯(lián)網(wǎng)上層系統(tǒng)的沈重負(fù)荷才能真正徹底實(shí)現(xiàn)智慧城市。」

配合智慧城市最后一哩的關(guān)鍵技術(shù)，研華從減少系統(tǒng)廠商投入RISC架構(gòu)設(shè)計(jì)，所耗費(fèi)的心力著手，將專案所需的軟體、硬體與設(shè)計(jì)服務(wù)均進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理。

簡(jiǎn)單運(yùn)算需要精簡(jiǎn)型設(shè)計(jì)架構(gòu)

相較于上層復(fù)雜運(yùn)算概念，由一個(gè)裝置處理眾多任務(wù)的方式，MicroComputing則是把單一或數(shù)個(gè)裝置精準(zhǔn)地鎖定一項(xiàng)簡(jiǎn)單任務(wù)來(lái)執(zhí)行，并藉由分散的概念讓系統(tǒng)即使有部分裝置失靈時(shí)也不會(huì)影響整體的運(yùn)行。而配合底層的感知應(yīng)用必須滿足小尺寸、低功耗、低成本、精準(zhǔn)專用等特色，精簡(jiǎn)指令集處理器架構(gòu)成為這類簡(jiǎn)單運(yùn)算的最佳首選。

蘇高源指出，像x86系統(tǒng)在盡可能把所有功能均納入的設(shè)計(jì)理念下，將導(dǎo)致不管系統(tǒng)是否需要都會(huì)整包提供所有功能，進(jìn)而耗用較多的電力與資源；但智慧城市的最后一哩關(guān)鍵技術(shù)必須是專用而非泛用，因此若以系統(tǒng)單晶片為基礎(chǔ)的RISC架構(gòu)來(lái)根據(jù)專門(mén)的應(yīng)用進(jìn)行嵌入式設(shè)計(jì)，將可在設(shè)計(jì)之初就針對(duì)所需應(yīng)用提供精準(zhǔn)的功能，把許多不必要的功能排除在外，讓系統(tǒng)能擁有低功耗、體積小、一秒內(nèi)快速立即服務(wù)的優(yōu)勢(shì)，此外精簡(jiǎn)又專門(mén)的設(shè)計(jì)還能搭配像Linux這樣精簡(jiǎn)的嵌入式作業(yè)系統(tǒng)，也使得RISC架構(gòu)所設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品具備小而美的特色，且讓所需建置成本相對(duì)較X86方案低。

而因應(yīng)這樣的精簡(jiǎn)專用之物聯(lián)網(wǎng)感知層需求，2大半導(dǎo)體晶片大廠德州儀器與飛思卡爾各自在RISC架構(gòu)下推出了多樣化相關(guān)產(chǎn)品，譬如TI就有可展現(xiàn)優(yōu)異圖形處理能力的OMAP5處理器和能提供豐富控制功能且低功耗的Sitara處理器；而Freescale則以單核心、雙核心、甚至4核心的i.MX系列產(chǎn)品為垂直產(chǎn)業(yè)提供高度整合、低功耗、可支援多媒體應(yīng)用的處理器。

擔(dān)負(fù)起中介橋梁加速RISC架構(gòu)普及化但盡管有了最適合的RISC架構(gòu)又有了最佳效能的處理器，系統(tǒng)整合廠商在為智慧城市的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)卻仍有滯礙難行之處，蘇高源解釋，「以目前使用最普遍的ARM公司之RISC處理器架構(gòu)為例，其自身并不進(jìn)行設(shè)計(jì)制造或販?zhǔn)厶幚砥?，而是將處理器架?gòu)授權(quán)給像TI與Freescale這些半導(dǎo)體公司，但后者也只提供處理器產(chǎn)品并沒(méi)有系統(tǒng)廠商所需的板卡，因此過(guò)去每當(dāng)系統(tǒng)廠商選擇了ARM架構(gòu)時(shí)就必須投入相當(dāng)?shù)娜肆ξ锪?lái)開(kāi)發(fā)一件新案，再加上垂直產(chǎn)業(yè)少量多樣化的特性，讓ARMbase的專案普遍存在投資報(bào)酬率低的現(xiàn)象，阻礙RISC技術(shù)在嵌入式應(yīng)用的普及?！?/p>

蘇高源進(jìn)一步說(shuō)明，系統(tǒng)廠商每新啟一項(xiàng)ARM開(kāi)發(fā)專案時(shí)，除了要找到精通ARM架構(gòu)的設(shè)計(jì)工程師外，還要自行選料、配料，完成的產(chǎn)品更要進(jìn)行各種的檢驗(yàn)測(cè)試，但仍免不了會(huì)碰到像I/O匯流排無(wú)法順利與周邊設(shè)備串接，亦或是所設(shè)計(jì)的板卡要多加網(wǎng)路連接埠，還有需要額外附加驅(qū)動(dòng)程式或軟體等特殊設(shè)計(jì)需求時(shí)，都必須與原廠進(jìn)行技術(shù)溝通或者花費(fèi)繁瑣冗長(zhǎng)的評(píng)估時(shí)間來(lái)尋找適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案，這樣的過(guò)程除了延誤產(chǎn)品上市時(shí)間外，有時(shí)就算已經(jīng)過(guò)仔細(xì)的評(píng)估與驗(yàn)證，卻仍會(huì)發(fā)生因板上使用了某顆不當(dāng)?shù)牧憬M件而導(dǎo)致專案無(wú)法完成的窘境。

由研華做為系統(tǒng)廠商與處理器大廠間的中介橋梁，可事先將軟硬體做好各種檢測(cè)作業(yè)，讓系統(tǒng)廠商可以直接拿到已經(jīng)驗(yàn)證好的軟體與板卡來(lái)使用，并轉(zhuǎn)而把公司資源投入在讓自己更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

蘇高源表示，長(zhǎng)期以來(lái)研華其實(shí)解決了不少系統(tǒng)廠商的設(shè)計(jì)問(wèn)題，像就有客戶碰到棘手的PCIExpressInterface穩(wěn)定性問(wèn)題是經(jīng)由研華與原廠溝通而快速解決；而另有其他客戶想增加圖形加速軟體、新增Ethernet埠，CANBus等等的軟硬體需求也都由研華為其客制完成。

蘇高源并指出，「需求端與供應(yīng)端無(wú)法妥善銜接是造成產(chǎn)品無(wú)法順利推廣的主因，而盡管垂直市場(chǎng)上各系統(tǒng)廠商的需求不同，但仍能找到一些可『共通的部分』，因此研華從過(guò)往豐富的經(jīng)驗(yàn)中將這些可共用的軟體、硬體與服務(wù)流程標(biāo)準(zhǔn)化來(lái)取代以往廠商自行開(kāi)發(fā)自己使用的模式，不但能讓進(jìn)行RISC專案開(kāi)發(fā)的客戶不再需要重頭來(lái)過(guò)就能拿到最佳解決方案，也可加速RISC相關(guān)產(chǎn)品的應(yīng)用普及率?！?/p>

RTX2.0為嚴(yán)苛環(huán)境打造強(qiáng)固型硬體

針對(duì)RISC架構(gòu)所需的標(biāo)準(zhǔn)化硬體產(chǎn)品，蘇高源表示，早期該架構(gòu)并沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的板卡（FormFactor）規(guī)格，直到2012年才開(kāi)始有廠商推出像適合手持應(yīng)用的QSeven與SMARC標(biāo)準(zhǔn)、以及為強(qiáng)固型應(yīng)用所推的RTX標(biāo)準(zhǔn)，這些板卡規(guī)格都透過(guò)模組化概念將共用的核心與系統(tǒng)應(yīng)用切割成上下2塊板卡，再由互連方式啟動(dòng)硬體功能。

由于已事先定義好板子的大小尺寸以及底板上數(shù)百接腳（pin）的功用，因此系統(tǒng)廠商想采用ARM技術(shù)時(shí)，不再需要投入大量的人力物力來(lái)做核心平臺(tái)的開(kāi)發(fā)工作，且系統(tǒng)廠商如果想依低中高階等不同應(yīng)用而設(shè)計(jì)板卡時(shí)，也能共用核心的上板而不需要一一重新設(shè)計(jì)整塊主機(jī)板。

研華豐富的產(chǎn)品線中可提供符合這3種規(guī)格的板卡，不過(guò)蘇高源也指出，「我們發(fā)現(xiàn)ARM架構(gòu)的設(shè)計(jì)中需要應(yīng)用在嚴(yán)苛環(huán)境的系統(tǒng)居多，因此研華推出了RTX2.0（RISCTechnologyextended）的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格以便能專為嚴(yán)苛環(huán)境提供優(yōu)化的RISC標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)。首先，厚度為2.0mm的主板以12層的設(shè)計(jì)讓硬體不但能對(duì)線路設(shè)計(jì)最佳化以取得高度穩(wěn)定的訊號(hào)外，更能保有絕佳的焊接抗裂性與抗變形效果?！?/p>

以4個(gè)板對(duì)板連接器來(lái)緊密串接上板與底板的方式也比金手指的連接能擁有更優(yōu)異的電氣性能、以及更好的抗氧化與防振效果，「像穩(wěn)定性要求極高的機(jī)器手臂之應(yīng)用就很適合用RTX2.0的產(chǎn)品因?yàn)樯舷掳暹B接方式的好壞牽涉到的是結(jié)構(gòu)性問(wèn)題，因此一旦選用連接性不佳的方案，日后頻頻出問(wèn)題的機(jī)率將大增?！固K高源說(shuō)明。

此外他還介紹，「工控應(yīng)用中5V、12V、24V都是在工廠、發(fā)電廠中非常容易取得的電力來(lái)源，因此我們以5V～24V寬范圍輸入電壓做為RTX2.0的基本規(guī)格，在對(duì)電壓變化有較高的耐受性下既可避免電壓過(guò)高主機(jī)板燒掉或過(guò)低無(wú)法啟動(dòng)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)者也無(wú)需為電壓不足而要額外進(jìn)行轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)，藉此簡(jiǎn)化其設(shè)計(jì)過(guò)程。」

再則，RTX2.0板卡上所使用的都是符合-40?C～85?C寬溫規(guī)格的零件，因?yàn)椤父叩蜏夭钕碌牧憬M件特性就容易出現(xiàn)漂移，因此在選用零件上，必需要事先設(shè)定好，加上厚度夠的RTX可以較寬裕的走線設(shè)計(jì)來(lái)強(qiáng)化穩(wěn)定性，再加上研華所有板卡出貨前都經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試，因此能確保最佳的產(chǎn)品品質(zhì)?！固K高源說(shuō)。

而在軟體部分，標(biāo)準(zhǔn)化API與設(shè)計(jì)服務(wù)可優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，研華可在嵌入式作業(yè)系統(tǒng)EmbeddedOS與開(kāi)發(fā)板支援套件BoardSupportPackage，BSP這一層與系統(tǒng)廠商所開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程式間以韌體形式，提供應(yīng)用程式介面（API），藉此協(xié)助客戶的系統(tǒng)能簡(jiǎn)單并正確呼叫所需的硬體功能，以免除設(shè)計(jì)者必須清楚了解硬體位址在那的困擾，譬如當(dāng)客戶的系統(tǒng)要換用不同供應(yīng)商的處理器或不同世代的產(chǎn)品時(shí)，同一功能所呼叫位址就可能有所變動(dòng)進(jìn)而增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的困難度。

蘇高源說(shuō)，「為了簡(jiǎn)化廠商的設(shè)計(jì)，研華獨(dú)特的SUSIAPI能協(xié)助客戶在不用管底層硬體的異動(dòng)下讓系統(tǒng)所需功能始終以同樣的呼叫方式來(lái)進(jìn)行，因此不論是處理器或板子更新?lián)Q代時(shí)，都不會(huì)對(duì)系統(tǒng)廠商帶來(lái)任何產(chǎn)品升級(jí)的困擾?！?/p>

除了軟硬體標(biāo)準(zhǔn)化之外，研華也為開(kāi)發(fā)案所涉及的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、整合與驗(yàn)證流程提供了一套標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)（DesigninSupportServices），蘇高源表示，「設(shè)計(jì)者在規(guī)劃初期其實(shí)多半并不知道有那些解決方案是能夠滿足其功能需求，而我們提供的客戶諮商服務(wù)則能讓系統(tǒng)廠商了解那些OS或技術(shù)是可以支援其所要功能，并協(xié)助其將構(gòu)想具體化且開(kāi)出最適當(dāng)?shù)囊?guī)格書(shū)；另外，研華已累積許多已驗(yàn)證過(guò)的設(shè)計(jì)參考或線路布局，因此當(dāng)客戶需要像Ethernet、SystemBus、CANbus等應(yīng)用時(shí)就能直接copy使用，免去自行摸索所耗費(fèi)的時(shí)間?！?/p>

到了板卡整合階段時(shí)，研華則有專門(mén)的服務(wù)工程師做為客戶的對(duì)應(yīng)窗口，不論是軟體的程式碼修改或硬體的線路圖改善都能事前為其先做除錯(cuò)（Debug）動(dòng)作，甚至最后的驗(yàn)證測(cè)試，研華也提供了許多相關(guān)工具，蘇高源指出，「市面上顯少有針對(duì)ARMC的測(cè)試工具，因此通常都必須為專案測(cè)試另寫(xiě)軟體，研華則有各式各樣的測(cè)試工具與豐富的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，因此能協(xié)助客戶優(yōu)化其設(shè)計(jì)品質(zhì)?！?/p>

最后，蘇高源強(qiáng)調(diào)，研華從減少系統(tǒng)廠商投入RISC架構(gòu)設(shè)計(jì)所耗費(fèi)的心力著手，將專案所需的軟體、硬體與設(shè)計(jì)服務(wù)均進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理，藉此讓RISC這項(xiàng)智慧城市的關(guān)鍵技術(shù)能以更容易也更好用的設(shè)計(jì)方式來(lái)加速智慧城市的各種底層應(yīng)用之布建。

更多資訊請(qǐng)關(guān)注嵌入式頻道