原创 消费电子厂商应对设计开发的三大挑战

作者：陆楠，EDNChina记者  发表时间：2006-06-08

“0”和“1”这两个数字集合中的简单元素对电子设计行业的影响之深，到今天早已经可谓“变本加厉”了。早几年，人们不会对摩托罗拉和Google产生任何联想，也不会把电视内容的供应商Modeo同飞利浦、摩托罗拉、诺基亚以及微软和英特尔扯上任何关系。但今天，这些公司正在以联盟合作的方式改变我们对数字信息的概念。当比尔.盖茨说微软的下一代操作系统Vista将更多的功能集中在语音识别、图像处理和多媒体播放上时，谁还会认为这仅是一个PC操作系统？

　　今天,人们可以毫不迟疑将消费电子的发展热点定义为视频、移动和无线技术。显然，消费电子到了2006年其多样性开始呈现一些规律：对音视频性能的要求以 
及无线和移动的需求，通过不断优化的算法转移到对核心处理器的技术更迭上；内容的增加不断挑战设备的传输和存储能力；电源管理成为克服功耗瓶颈的核心技术；外围硬件正在减少，软件承担越来越重的任务；所有这些变化形成一个互相影响的技术链，设计者面对的考验在于越来越多的产品定义都在指向一张敏感的网，而答案往往是多（功能和存储）、快（传输和处理）、少（功耗和成本）。

　　产品定义的挑战

　　在这消费电子的新浪潮中，数字家庭注定在概念化之前就已成为先进技术的重要推手。象Cisco Systems收购消费电子公司生产的收音机、电话和家庭影院，这在早几年前会是令人吃惊不已的消息，而现在已经不足为奇了。后PC时代的应用仿佛一夜之间为寻找方向的芯片设计者提供了难以涵盖的价值空间，产品定义是设计者面临的首要挑战。

　　骏龙科技有限公司研发部经理申延利认为，解决传统设备布线麻烦的问题使无线传输成为家庭消费电子一个很有潜力的市场，如ZigBee在家庭无线遥控和数据采集领域会有一个很好的应用，像无线照明开关、无线抄表等。不过，ZigBee在今年能否实现应用热潮取决于它的价格，因为ZigBee是面向民用市场的。

　　伟易达电子产品（深圳）有限公司开发部高级工程师张建通认为，智能化是家庭消费电子的一个方向，例如无线门铃的收发开关对码原先是手动完成，现在则通过MCU内部软件控制完成自动对码。最近他们公司正在为美国客户设计的产品体现了一种变化，即家庭音响系统正由传统的音源+功放的单一模式向多功能集成的主机模式扩展。新型的客厅主机集MP3、CD、收音机播放、电话接收、对讲等功能于一身，扬声器则分布在每个房间，并且每个房间都可以通过一个主机控制器来选择需要的播放功能。张建通认为，消费设备功能的扩展增大了系统开发的规模，主、从MCU，DSP、多媒体编解码、语音处理等的系统集成给硬件设计和控制软件的开发增加了难度。

　　事实上，数字家庭产品对“多功能”的定义本身也在不断变化，网络交互功能和可配置性便是其中之一。以下一代高清播放设备为例，东芝和先锋最新推出的HD和BD DVD的标配方案不仅包括HDMI接口，支持Dolby Digital Plus、DTS-HD和Dolby TrueHD高清音频，还具备LAN接口，并支持交互功能；而Broadcom推出的新一代DVD参考设计则强调了可配置的灵活性，即根据不同光盘规格更换光驱装置及嵌入软件，分别实现BD及HD的播放。

　　有一个问题相伴而生：既然人们认可将数字家庭称为“后PC时代”，那是否意味着较之家电产业，IT产业更具备进入优势？申延利认为，表面上看消费电子“通信计算化”要更有利于IT产业的进入，但家电产业的系统集成、渠道、品牌和资金优势依然延续，特别是渠道和品牌对消费电子而言尤为重要。在中国，无论IT还是家电产业都是基于外来芯片方案做系统集成，所以家电厂商的优势会更明显，IT厂商可能在互动产品这一领域具备技术优势。

　　其实，无论是家电还是IT厂商，数字家庭所导致的“核心芯片到系统方案设计”话语权的改变都使得下游厂商占据了前所未有的主动权，“Design in”的特性决定了诸如家庭媒体中心和家庭网关这一类产品的开发更适合联想、TCL这样的系统厂去做，因为这些产品方案能否成功更依赖于“大规模量产”和“标准化”以及下游市场的销售渠道，芯片或方案设计公司显然不具备这样的条件。

　　核心器件的挑战

　　相对于数字家庭设备，便携式设备似乎充当了消化先进技术的排头兵。不久前，高通的MediaFLO得到LG的支持，三星甚至推出支持韩国T-DMB标准的移动电视接收功能的数码相机，具有DMB接收功能的便携DVD播放机、笔记本电脑和摄像机等一系列产品。这些整合在推动移动电视先于数字电视成为消费者普遍享用的数字视频内容的同时，也使得电视手机、PMP等设备的核心处理器在适应多功能和多媒体内容二者结合的方向面临挑战。

　　SigmaTel亚洲区副总裁刘家声认为，就处理器的多媒体解码方式而言，由于消费电子对价格成本非常敏感，芯片开发商当然也要基于成本来选择解码方式。一般而言，在处理器主频满足的情况下，选择软解码比硬解码有成本优势。

　　但Sigma Designs中国区市场负责人薛念庆的看法有所不同，他认为以多媒体文件播放为主要功能的便携式设备有两个趋势：一是作为MP3升级设备，具备基本视频（如MPEG4）的功能；一是向包括GPS、DVB-T、Wi-Fi、IP Video和车载在内以移动应用为主体的多功能方向扩展。但对视频播放设备而言，此类产品核心处理器的视频性能始终是最关键的。相对于DSP等通用处理器，Decode专用芯片在兼容性和效率上具备优势，所以在对PMP这类功耗和多媒体解码要求特别明确的设备中，硬解码芯片是最理想的配置。
除了解码方式，选择何种类型的处理器也 
是方案设计者面对的问题。申延利认为，便携播放设备在功能上已经不仅仅是视频播放，互动和设备间数据互传是应用开发方向，目前的核心处理芯片功能已经大大提高，视频解码是核心功能之一而非全部。就消费电子应用处理器而言，FPGA、ASIC和MCU三者相比，MCU始终占优势。FPGA的优势在于速度和通用性，而这两点MCU正在实现， FPGA的价格始终偏高也使之不利于消费产品的应用。相比FPGA，结构化ASIC的情况要好些，比如Altera的HardCopy路线比较合适，用结构化ASIC满足专用实现低成本，同时避开传统ASIC的开发耗时和巨大投入，这为它进入消费产品奠定了基础。

　　音频处理面临的挑战也不少。以往针对模拟音源的音频处理已经相当不错，但数字音源的普及至少对“放大”这一关键技术产生了根本的影响。目前包括家庭终端在内的消费电子产品价格在不断下降，但数字放大器所需要的大量支持元件使得音频放大系统的BOM成本变化甚少，这直接影响了便携设备的进一步小型化和市场增长。音频放大器的设计至少在满足音频设备的最低标准即实现超清晰全16位音频技术要求的同时，在具有数字输入、低功耗、低发热和减少BOM成本等条件上要有所建树。

　　同样面临变化挑战的是电源系统设计。其变化一方面是通过利用先进的半导体工艺来提高器件转换效率，降低芯片功耗；另一方面是通过电源管理与系统集成实现管理负载用电；此外，封装小型化的要求也在不断加大。而降低工作电压、优化系统和CPU时钟频率、避免上电过程中的大电流脉冲,有效地管理系统电池、管理系统工作模式,降低总线活动、总线电容和转换噪声等设计技巧都将结合上述变化融入PMU即电源管理单元这种新模式当中。

　　软硬件挑战

　　其实，将电源管理的这种变化放到整个系统的背景中去看，我们也不难发现这样一种趋势：芯片集成硬件的能力越来越大，越来越多的硬件被软件代替，这使得传统的硬件开发市场正在变小，申延利认为，硬件开发商的一个趋势是“做专”，在某一个方面深耕形成竞争力。终端用户的开发越来越集中在产品功能定义、造型设计上，此时原厂参考设计方案变得越来越重要。

　　张建通也认为对硬件设计工程师来讲，可设计的东西正在减少，消费电子多功能的实现越来越多的依靠核心芯片内部的软件开发来实现，外围电路的硬件开发越来越简单，模拟同数字的开发越来越紧密，并且数字实现模拟功能的比例也在扩大。

　　软件对设计工程师带来的影响也蔓延到了系统，虽然其技术范畴不同。前文我们提及微软的下一代操作系统Vista的特性至少说明消费电子正在改变OS的格局，如果你问微软目前业务增长速度最快的部门是什么，答案是MED（微软移动与嵌入式产品部），Windows Mobile的合作伙伴已经由4年前的3家硬件厂商，扩展到现在的42家硬件厂商和93家移动运营商。以智能手机操作系统为代表，我们不难发现，为满足消费电子差异化和上市时间的要求，那些封闭专用的OS正在面临开放灵活的OS的竞争。

　　博动科技技术副总裁夏晓春认为，Window Mobile的成功正是在于它面对竞争不断调整策略，从原来的单一界面，到愿意满足客户修改定制界面的需求。他认为，在目前流行的Symbian、Linux、Windows Mobile和Palm四大主流操作系统中，以诺基亚为主要客户的Symbian虽仍占据广阔的市场，但Symbian以及S60的诸多门槛和游戏规则正在对新进客户造成障碍，到目前为止，其中国客户仅有联想一家。另外，摩托罗拉对Linux的兴趣日增，也将使Symbian阵营发生微妙变化。

　　事实上，由于2005年摩托罗拉A系列手机在中国市场热销，加之大部分国产智能手机都支持Linux，使得Linux去年的业绩已经超过Symbian。作为开放式操作系统，Linux虽然在稳定性、安全性等方面有待完善，但其开放的源代码和低价授权费用对于那些需要个性化定制，要求兼容和第三方应用的客户来说相当对口。

　　但Linux也存在如何实现开放源码的有效共享的问题。夏晓春认为，在Linux上，不同的软件平台也导致应用程序难以简单地互相共享。同时，基于Linux的研发对于大多数厂家来说是一个周期长、高投入的过程。

　　目前，Palm的国内客户只有首信、中电，销量几乎可以忽略不计。并且Palm已经宣布其手机也将采用微软方案，等于划上了休止符。

　　的确，如何选择OS是每一个系统设计者在进行系统选型时都要面对的问题，而OS的可靠性、开发效率、定制能力、对多任务处理器的支持、可移植性、操作系统的可利用资源等等都将成为重要参考条件。
当实时操作系统（RTOS）成为当前嵌入式应用的一种趋势，当产品与平台和操作系统紧密结合时，产品的差异化已经得到实现。