使用现成平台 - 两种基本嵌入式系统开发方式的相关技术和经济风险

2. 方式二：使用现成平台

另外一种方式就是使用现成的平台来开发嵌入式系统。虽然通常来说需要付出比板卡组件成本更高的价钱，但是可以显著缩短产品进入市场的时间。除此之外，这些系统具有较好的可扩展性，所以在第一次原型设计后进行不可避免的性能改进之时就无需费心费力。随着处理器技术的进步，嵌入式系统有如下几种不同的实现技术：

1、非集成式嵌入式系统－具有多种不同的形状尺寸（form factors），例如Mini-ITX、PC/104等。对于使用现成产品来构建系统，非集成式嵌入式系统通常是最为经济的解决方案。这些系统具有各种不同的处理器架构以供选择，且带有操作系统和一小部分I/O支持套件。但是，针对这种系统的软件开发工具几乎从未集成，而且这些系统通常需要进行各种监管认证，例如EMI和CE认证。

2、集成式嵌入式系统－除了具有与非集成式嵌入式系统相同的组件之外，集成式嵌入式系统提供了诸如冲击、振动、工作温度、以及环境认证之类的技术说明。通常来说，这些系统更加昂贵，但是他们通常带有集成的软件开发环境且具有更为丰富的I/O选择。

3、工业级PC－ 利用现成的PC技术，工业级PC为开发工具及I/O性能提供了最为丰富的选择。它们也具有许多与其它集成式嵌入式系统相同的技术说明和认证，但这种性能是以成本为代价的。这种系统比前述两种方式更为昂贵。

 

图2、NI CompactRIO正是集成式嵌入式系统的一个实例

NI CompactRIO集成式嵌入式系统架构，与图1所示的简单方框图极为相似。它使用了Freescale PowerPC微处理器运行VxWorks实时操作系统。PowerPC通过内部的PCI总线与FPGA相连接。此外，FPGA直接连接至各种模拟和数字I/O模块，从而可以连接各种传感器、激励器、以及通信总线，同时也允许开发人员设计自定义的模块。图2给出了NI CompactRIO集成式嵌入式系统示意图，图3则是CompactRIO的系统结构图。

 

图3、NI CompactRIO系统结构图

3. 选择哪种方式？—— 嵌入式系统设计中的“隐性”成本

在选择采用自行设计还是现成平台时，通常技术性能并不是决定性因素，而需要进行简单的经济性分析。如果最终的利润所得足以填补产品开发过程中所花费的工程成本投资，那么做出的决定就是明智的。

要做出决定之前，必须准确地估计自行设计方案所花费的成本。但这并是看上去那么简单；如果只是把板卡组件的成本和硬件及软件的开发时间相加，那么只是非常粗略地低估了总投资成本。应当考虑其它的“隐性”成本才能准确地评估真正的任务成本。

例如，制造和库存成本通常是系统销售成本的百分之二十到三十。此外，平均来说，百分之三十的软件开发时间花在操作系统、驱动、以及中间件开发上－尽管在选择带有集成硬件和软件的集成平台后可以不必进行这样的板卡驱动工作。另外，还需要考虑其它的隐性成本，包括环保标准、认证、易耗元器件、以及需求变更所导致的设计变更和彻底的重新设计。最后，最难以感觉但可能是最为重要的成本是机会成本，即制定决策的成本——把工程时间花费在设计此种系统，而不是花费在其它将带来收益的项目上。

一旦评估了工程投资成本，那么就可以简单计算一下的财务收支平衡分析。假设针对某种产品的开发，需要两个工程师花费九个月的时间来自行开发一块板卡，从需求分析到供货，其投资成本大约是300,000。并且在预安装、原型设计、预发布单元、加工以及其它偶然的工程成本等每个方面都花费了25,000，从而使得整个投资成本上升到400,000。在完成了这些工作后，自行设计的产品其成本将比使用现成的平台便宜400。使用公式1，可以看到投资收支平衡点位于第1000个单位产品，直到售出第1001个单位产品才会盈利。而且，这并没有包含上面所讨论的其它“隐性”成本。但是，如果选择了集成式嵌入式系统，就可以缩短上市时间，并且早期的利润将会用于成本优化和特性改进。通过这种方式，可以在整个产品生命周期内摊销投资成本，而不是在早期的开发过程中投入所有的资金。

公式1、可以使用简单的公式来计算任何自定义系统的收支平衡点

4. 结论

那是否就不用自行设计板卡了？当然不是。反而，对于那些对形状尺寸有专门要求且具有极高产量的系统、或者具有极为苛刻技术要求（例如极低的功率消耗）的系统来说，自行设计的方式将更具有优势。而对于产量较低、技术复杂又需要快速上市的产品，使用现成平台可以让供应商负担物流和“隐性”成本从而使得我们可以专注于技术上的优势突出，从而在市场竞争中保持领先。