普及智慧城市，RISC处理器架构是关键

　　透过物联网架构中的感知层、透过可靠传递和云端运算将现有的及未来新的各种硬体设施进行全面串连以形成巨大的智慧网路应用是现今智慧城市规划的基本概念，但当上层应用已全面备妥时，物物相连的物联网却也面临着极大的考验。

　　研华嵌入式运算核心事业群协理苏高源表示，目前产业界已把与智能运算上层复杂运算相关的云端服务、系统应用等软硬体架构逐渐完成，但若把成千上万的底层设施之决策都交由云端运算来处理，庞大的运算负担将使系统轻则网路大塞车、重则无预警当机，届时智慧应用不但不能即时提供智慧服务，反而只能以龟速反应来处理终端需求，因此他认为，「唯有把部分的智慧决策下放到最底部，由感测层来处理，并藉由简单运算（Micro Computing）之设计来分担物联网上层系统的沈重负荷才能真正彻底实现智慧城市。」

　　

　　配合智慧城市最后一哩的关键技术，研华从减少系统厂商投入RISC架构设计，所耗费的心力着手，将专案所需的软体、硬体与设计服务均进行了标准化处理。

　　简单运算需要精简型设计架构

　　相较于上层复杂运算概念， 由一个装置处理众多任务的方式，Micro Computing则是把单一或数个装置精准地锁定一项简单任务来执行，并藉由分散的概念让系统即使有部分装置失灵时也不会影响整体的运行。而配合底层的感知应用必须满足小尺寸、低功耗、低成本、精准专用等特色，精简指令集处理器架构成为这类简单运算的最佳首选。

　　苏高源指出，像x86系统在尽可能把所有功能均纳入的设计理念下，将导致不管系统是否需要都会整包提供所有功能，进而耗用较多的电力与资源；但智慧城市的最后一哩关键技术必须是专用而非泛用，因此若以系统单晶片为基础的RISC架构来根据专门的应用进行嵌入式设计，将可在设计之初就针对所需应用提供精准的功能， 把许多不必要的功能排除在外，让系统能拥有低功耗、 体积小、 一秒内快速立即服务的优势，此外精简又专门的设计还能搭配像Linux这样精简的嵌入式作业系统，也使得RISC 架构所设计出来的产品具备小而美的特色，且让所需建置成本相对较X86方案低。

　　而因应这样的精简专用之物联网感知层需求，2大半导体晶片大厂德州仪器与飞思卡尔各自在RISC架构下推出了多样化相关产品，譬如TI就有可展现优异图形处理能力的OMAP 5处理器和能提供丰富控制功能且低功耗的Sitara处理器；而Freescale则以单核心、双核心、甚至4核心的i.MX系列产品为垂直产业提供高度整合、低功耗、可支援多媒体应用的处理器。

　　担负起中介桥梁 加速RISC 架构普及化但尽管有了最适合的RISC 架构又有了最佳效能的处理器，系统整合厂商在为智慧城市的应用进行设计时却仍有滞碍难行之处，苏高源解释，「以目前使用最普遍的ARM 公司之RISC处理器架构为例，其自身并不进行设计制造或贩售处理器，而是将处理器架构授权给像TI 与Freescale 这些半导体公司，但后者也只提供处理器产品并没有系统厂商所需的板卡，因此过去每当系统厂商选择了ARM架构时就必须投入相当的人力物力来开发一件新案，再加上垂直产业少量多样化的特性，让ARM　base的专案普遍存在投资报酬率低的现象， 阻碍RISC 技术在嵌入式应用的普及。」

　　苏高源进一步说明，系统厂商每新启一项ARM开发专案时，除了要找到精通ARM架构的设计工程师外，还要自行选料、配料，完成的产品更要进行各种的检验测试，但仍免不了会碰到像I/O汇流排无法顺利与周边设备串接，亦或是所设计的板卡要多加网路连接埠，还有需要额外附加驱动程式或软体等特殊设计需求时，都必须与原厂进行技术沟通或者花费繁琐冗长的评估时间来寻找适当的解决方案，这样的过程除了延误产品上市时间外，有时就算已经过仔细的评估与验证，却仍会发生因板上使用了某颗不当的零组件而导致专案无法完成的窘境。

　　由研华做为系统厂商与处理器大厂间的中介桥梁，可事先将软硬体做好各种检测作业，让系统厂商可以直接拿到已经验证好的软体与板卡来使用，并转而把公司资源投入在让自己更具竞争优势的系统设计。

　　苏高源表示，长期以来研华其实解决了不少系统厂商的设计问题，像就有客户碰到棘手的PCI Express Interface稳定性问题是经由研华与原厂沟通而快速解决；而另有其他客户想增加图形加速软体、新增Ethernet埠，CANBus等等的软硬体需求也都由研华为其客制完成。

　　苏高源并指出，「需求端与供应端无法妥善衔接是造成产品无法顺利推广的主因，而尽管垂直市场上各系统厂商的需求不同，但仍能找到一些可『共通的部分』，因此研华从过往丰富的经验中将这些可共用的软体、硬体与服务流程标准化来取代以往厂商自行开发自己使用的模式，不但能让进行RISC 专案开发的客户不再需要重头来过就能拿到最佳解决方案，也可加速RISC 相关产品的应用普及率。」

　　RTX2.0为严苛环境打造强固型硬体

　　针对RISC架构所需的标准化硬体产品，苏高源表示，早期该架构并没有统一标准的板卡（Form Factor）规格，直到2012年才开始有厂商推出像适合手持应用的Q Seven与SMARC标准、以及为强固型应用所推的RTX标准，这些板卡规格都透过模组化概念将共用的核心与系统应用切割成上下2块板卡，再由互连方式启动硬体功能。

　　由于已事先定义好板子的大小尺寸以及底板上数百接脚（ pin）的功用，因此系统厂商想采用ARM技术时，不再需要投入大量的人力物力来做核心平台的开发工作，且系统厂商如果想依低中高阶等不同应用而设计板卡时，也能共用核心的上板而不需要一一重新设计整块主机板。

　　研华丰富的产品线中可提供符合这3种规格的板卡，不过苏高源也指出，「我们发现ARM 架构的设计中需要应用在严苛环境的系统居多，因此研华推出了RTX 2.0（RISC Technology extended）的标准规格以便能专为严苛环境提供优化的RISC标准平台。首先，厚度为2.0mm的主板以12 层的设计让硬体不但能对线路设计最佳化以取得高度稳定的讯号外，更能保有绝佳的焊接抗裂性与抗变形效果。」

　　以4个板对板连接器来紧密串接上板与底板的方式也比金手指的连接能拥有更优异的电气性能、以及更好的抗氧化与防振效果，「像稳定性要求极高的机器手臂之应用就很适合用RTX 2.0 的产品因为上下板连接方式的好坏牵涉到的是结构性问题，因此一旦选用连接性不佳的方案，日后频频出问题的机率将大增。」苏高源说明。

　　此外他还介绍，「工控应用中5V、12V、24V 都是在工厂、发电厂中非常容易取得的电力来源，因此我们以5V～24V宽范围输入电压做为RTX 2.0的基本规格，在对电压变化有较高的耐受性下既可避免电压过高主机板烧掉或过低无法启动的问题，设计者也无需为电压不足而要额外进行转换设计，藉此简化其设计过程。」

　　再则，RTX 2.0板卡上所使用的都是符合-40?C～85?C 宽温规格的零件，因为「高低温差下的零组件特性就容易出现漂移，因此在选用零件上， 必需要事先设定好，加上厚度够的RTX 可以较宽裕的走线设计来强化稳定性，再加上研华所有板卡出货前都经过严格测试，因此能确保最佳的产品品质。」苏高源说。

　　而在软体部分，标准化API与设计服务可优化设计流程，研华可在嵌入式作业系统Embedded OS与开发板支援套件Board Support Package，BSP这一层与系统厂商所开发的应用程式间以韧体形式， 提供应用程式介面（API），藉此协助客户的系统能简单并正确呼叫所需的硬体功能，以免除设计者必须清楚了解硬体位址在那的困扰，譬如当客户的系统要换用不同供应商的处理器或不同世代的产品时，同一功能所呼叫位址就可能有所变动进而增加了系统设计的困难度。

　　苏高源说，「为了简化厂商的设计，研华独特的SUSI API能协助客户在不用管底层硬体的异动下让系统所需功能始终以同样的呼叫方式来进行，因此不论是处理器或板子更新换代时，都不会对系统厂商带来任何产品升级的困扰。」

　　除了软硬体标准化之外，研华也为开发案所涉及的规划、设计、整合与验证流程提供了一套标准化的服务（Design in Support Services），苏高源表示，「设计者在规划初期其实多半并不知道有那些解决方案是能够满足其功能需求，而我们提供的客户谘商服务则能让系统厂商了解那些OS 或技术是可以支援其所要功能，并协助其将构想具体化且开出最适当的规格书；另外，研华已累积许多已验证过的设计参考或线路布局，因此当客户需要像 Ethernet、System Bus、CANbus 等应用时就能直接copy 使用，免去自行摸索所耗费的时间。」

　　到了板卡整合阶段时，研华则有专门的服务工程师做为客户的对应窗口，不论是软体的程式码修改或硬体的线路图改善都能事前为其先做除错（Debug）动作，甚至最后的验证测试，研华也提供了许多相关工具，苏高源指出，「市面上显少有针对ARM C的测试工具，因此通常都必须为专案测试另写软体，研华则有各式各样的测试工具与丰富的测试经验，因此能协助客户优化其设计品质。」

　　最后，苏高源强调，研华从减少系统厂商投入RISC架构设计所耗费的心力着手，将专案所需的软体、硬体与设计服务均进行了标准化处理，藉此让RISC 这项智慧城市的关键技术能以更容易也更好用的设计方式来加速智慧城市的各种底层应用之布建。