介紹

為了能使產品及時上市，產品的設計也日漸複雜。為了提高產品的輸出音質與數位影像畫質，就需要更高的運算效能與更大的輸出效能（throughput）。許多消費性電子產品整合了許多的功能，例如將通訊與運算、數位影音、或資訊娛樂等結合，這些應用都須搭配彈性化的產品研發流程，並配合核心運算機制（core algorithm）的需求。

為了能使產品及時上市，必須將複雜的設計方案分割，並盡可能重複使用已開發完成的方案。僅管可以重複使用設計方案，複雜的系統整合與驗證又成為新的設計挑戰，事實上，「單一晶片尺寸滿足所有需求」的SoC設計並不存在，即使功能可整合，但系統建置作業卻無法整合。市場所真正需要的是滿足對規格與效能的需求，而這方面仍需要利用一套專屬應用的開發模式。

在設計流程一開始就採用專屬應用平台架構，並繼續在日後的產品生命週期中進行後續研發，已逐漸成為解決這些問題的理想方案。

重新定義的平台

「平台（platform）」一詞已被廣泛地用來稱呼包括硬體與軟體的各種智慧財產（IP），用於新設計的基礎方案或開發衍生產品，並可重複使用。平台型設計的潛力非常可觀，能大幅加速產品上市以及提升產品品質。

我們可以將平台畫分成許多階層 - 從核心處理器、週邊元件、客制化IP、作業系統、以及應用程式。平台設計的定義是依組織在SoC價值鏈中的定位而不同。IP供應商將平台視為處理器、匯流排、以及週邊元件。系統廠商將平台視為上層的元件，其中包括作業系統與應用程式。透過這種模式，平台的定義依組織在價值鏈（圖一）的地位而有不同的區別。如果可以在系統中制定一套新的機制增加一個功能層面，就能使IP供應商、半導體廠商以及OEM廠商間的分工更具效率。

但是許多現有的平台解決方案已經限制了設計團隊的能力，使客戶無法自行修改產品的功能，而無法突顯產品的獨特性。此外，只是提供一套IP模組並封裝成一套「平台」，並無法真正解決系統整合的各種重要課題（尤其是驗證方面）。加入新的IP功能元件對於匯流排與處理器頻寬、即時處理功能、以及系統延遲會產生相當程度的影響。在加入新IP時，系統行為驗證作業的管理確實會變得相當複雜費時。顯然真正的平台解決方案除了提供IP方案以外還得提供更多附加功能，才能協助設計業者降低產品研發的風險。

《圖一　平台分層圖》 - BigPic:600x319

ARM的平台策略

ARM的平台策略是肇因於合作夥伴需要低風險、快速的產品上市時程，與突顯設計的獨特功能。此外，合作夥伴們也需要最高級並預先驗證的IP技術，但更須配合成熟的開發技術以及完善的軟體支援。技術支援要包括作業系統連結埠，以確保迅速有效地完成系統整合。

透過業界合作成功發展

若供應鍵中的廠商能合作解決特定的產業難題，即能創造出有利的競爭優勢。由於必須耗費可觀的成本進行核心的研發與維護，因此僅有少數的公司有能力開發專屬的微處理器核心。由於ARM的微處理器具備ARM指令集架構（ISA）的高穩定度，許多實力堅強的協力廠商都為ARM微處理器提供技術支援，業界也因此大量採用ARM的微處理器核心。

業界大都不希望見到市場上出現眾多彼此不相容的平台，因為這將會造成協力廠商在支援平台解決方案時遇上困難。作業系統供應商若須為每種新平台推出支援產品，勢必花費龐大成本。若市場能整合出標準型的SoC平台，搭配高效能的核心，則許多代工廠商必定願意採用這種解決方案，除了能獲得矽元件選擇方案外，亦能透過協力廠商的支援，規劃出明確的產品發展藍圖。

ARM PrimeXsys 平台

ARM已與夥伴合作開發制定出發展一套所需要的元件數量最少的平台，特點有：

● 提供非獨特性的功能、預先整合、及預先驗證

● 執行作業系統

● 執行應用軟體

ARM在過去曾研發出領先市場的創新技術，同時針對單一裝置為半導體夥伴預留充裕的技術整合空間。透過PrimeXsys (prime-ex-sis)，ARM進一步提供完善的架構，預先整合成熟的IP技術。然而，ARM並非提供一套「開發完成（finished）」的裝置，亦不提供應用在特定終端裝置的IP。這個部份仍是由ARM半導體夥伴所負責。

單一IP或矽元件廠商已無法為一套複雜的SoC供應所有的IP，甚至連ARM也不提供所有必備的IP核心，以建立一套完整的專屬應用平台。OEM廠商所希望開發的裝置，必須採用來自眾多專業廠商的IP方案。ARM透過夥伴合作模式，與許多專業協力供應商合作，確保PrimeXsys除了融入ARM本身的核心與IP之外，亦能涵蓋其它優異的IP。

ARM核心是平台架構效能的基礎。在選擇核心時，必須考量目標應用系統的需求，核心的選擇亦會影響系統架構。例如，用來建置一套低成本/高效能的裝置，透過ARM7TDMI所採用的系統架構，就與採用高階ARM926EJ-S方案的系統架構有顯著的差異。此外，系統架構若搭配未來的ARM V6 ISA核心，可讓業者自行調整，以發揮該指令集所提供的新功能優勢。

平台開發機制

ARM PrimeXsys 平台是以一系列元件為基礎。其中包括SoC （RTL 硬體規格）、匯流排架構、功率管理策略、裝置驅動程式、作業系統連結埠、以及應用軟體，而其中達到產品差異化的最重要元件就是先進系統模型與證驗環境。

整套系統以各種「檢視（view）」元件所構成，其中包括RTL系統構造檢視、軟體研發檢視、以及實際硬體研發機板。每套檢視元件都能反映相同的系統架構，用來檢視的軟體亦能應用在任何高階檢視中，故能為定案前的設計提供極高的可信度。ARM已透過PrimeXsys 平台的軟體模組提升高階作業系統的效能，例如像Symbian OS以及各種應用程式。這項設計提供一個寶貴的環境，讓業者能檢視系統頻寬與效能需求。此外，每套模擬檢視亦可加以擴充，讓使用者能修改設計，並在模組中加入自己的IP。

系統驗證作業可採用各種可延伸的測試系統：

● AMBA Compliance Testbench： 驗證單獨的RTL元件與AMBA規格相容

● Integration Validation Testbench ：檢驗系統是否正確 「佈線（wired-up）」

● Subsystem Validation Testbench：檢驗系統的功能是否符合預期

● Software Development Model ：整合各種裝置驅動程式、作業系統連結埠、以及支援不同硬體的應用程式

● IP Development Board ：測試實際的矽元件

PrimeXsys 無線平台

ARM PrimeXsys 無線平台（PrimeXsys Wireless Platform，PWP）針對2.5/3G行動應用系統進行研發。其中包括各種支援電子郵件、行動網路、行動商務、以及定位服務等特殊功能的無線網路裝置。這類應用系統內建消費性OS功能的PDA，搭配如隨身聽、影像電話、以及行動遊戲等應用功能。此外，PWP支援其它包括Java、協力廠商與使用者自行撰寫等各種應用軟體。

支援PWP 的SoC 採用ARM926EJ-S核心與一系列專屬的週邊元件，透過AMBA 多層式先進高效能匯流排（Advanced High-Performance Bus）系統介面進行整合，提供充裕的擴充空間。

《圖二　ARM PrimeXsys 無線平台》

ARM926EJ-S 核心結合領先業界的效能與低耗能的ARM Jazelle Java加速科技，支援虛擬記憶體定址機制，配合許多主要作業系統的需求。此外，ARM926EJ-S是一套可合成的核心，可移植至任何矽元件製程並配合相關的細胞函式庫，確保與各種矽晶製程相容。這套核心亦結合可獨立設定的指令、資料快取、指令與資料緊密耦合記憶體(TCM)，讓業者不須變更CPU核心，即可自行調整快取與TCM記憶體的容量，以配合特定應用系統的需求。

PWP 平台包含MOVE協同處理器，影片編碼器可採用MOVE協同處理器執行MPEG-4、WMV、以及其它編碼演算。它能在單一運算週期內完成多組絕對差值總和運算。這項函式在影片編碼時應用相當頻繁，並可省下超過50%的運算程序。

配合多層AHB骨幹環境進行系統設計，可提供充裕的傳輸頻寬，避免匯流排成為通訊瓶頸。這亦代表其它主系統能運用SDRAM的傳輸頻寬，同一時間內，核心亦能存取週邊元件或靜態記憶體中的資料。每組內部匯流排皆透過平台中的週邊元件進行存取，讓其它匯流排主控端或高頻寬週邊元件能直接與裝置相互串連。透過這種模式，PWP匯流排架構的設計即可針對SoC進行擴充，客戶並可自行調整。

(表一)中顯示PWP的組成與閘道數量。若假設在標準型0.18μm製程下，60k 的閘道等於1mm2的元件面積，則523k閘道約佔有8.7 mm2的矽面積。

PWP擁有各種作業系統的支援（Linux、Microsoft 、Symbian），其中包括裝置驅動程式、核心軟體、以及各種搭配作業系統廠商OS連結環境的工具。

第一版的PWP 內含PrimeCell 週邊元件IP方案，支援作業系統的各項基本功能。隨著2.5/3G設計日趨成熟、PDA產品逐漸多元化，市場上有愈來愈多的IP朝向標準化的趨勢，並將整合至未來推出的PWP版本。不論是由ARM的 PrimeCell週邊元件，或是透過ARM協力廠商夥伴計畫所推出的標準型IP，都將涵蓋如數位影片、3D繪圖加速、USB、以及Bluetooth等功能，並將支援各種新型作業系統。

表一　PrimeXsys SoC 平台重要元件