透過物聯網架構中的感知層、透過可靠傳遞和云端運算將現有的及未來新的各種硬體設施進行全面串連以形成巨大的智慧網路應用是現今智慧城市規劃的基本概念，但當上層應用已全面備妥時，物物相連的物聯網卻也面臨著極大的考驗。

研華嵌入式運算核心事業群協理蘇高源表示，目前產業界已把與智能運算上層復雜運算相關的云端服務、系統應用等軟硬體架構逐漸完成，但若把成千上萬的底層設施之決策都交由云端運算來處理，龐大的運算負擔將使系統輕則網路大塞車、重則無預警當機，屆時智慧應用不但不能即時提供智慧服務，反而只能以龜速反應來處理終端需求，因此他認為，「唯有把部分的智慧決策下放到最底部，由感測層來處理，并藉由簡單運算（MicroComputing）之設計來分擔物聯網上層系統的沈重負荷才能真正徹底實現智慧城市。」

配合智慧城市最后一哩的關鍵技術，研華從減少系統廠商投入RISC架構設計，所耗費的心力著手，將專案所需的軟體、硬體與設計服務均進行了標準化處理。

簡單運算需要精簡型設計架構

相較于上層復雜運算概念，由一個裝置處理眾多任務的方式，MicroComputing則是把單一或數個裝置精準地鎖定一項簡單任務來執行，并藉由分散的概念讓系統即使有部分裝置失靈時也不會影響整體的運行。而配合底層的感知應用必須滿足小尺寸、低功耗、低成本、精準專用等特色，精簡指令集處理器架構成為這類簡單運算的最佳首選。

蘇高源指出，像x86系統在盡可能把所有功能均納入的設計理念下，將導致不管系統是否需要都會整包提供所有功能，進而耗用較多的電力與資源；但智慧城市的最后一哩關鍵技術必須是專用而非泛用，因此若以系統單晶片為基礎的RISC架構來根據專門的應用進行嵌入式設計，將可在設計之初就針對所需應用提供精準的功能，把許多不必要的功能排除在外，讓系統能擁有低功耗、體積小、一秒內快速立即服務的優勢，此外精簡又專門的設計還能搭配像Linux這樣精簡的嵌入式作業系統，也使得RISC架構所設計出來的產品具備小而美的特色，且讓所需建置成本相對較X86方案低。

而因應這樣的精簡專用之物聯網感知層需求，2大半導體晶片大廠德州儀器與飛思卡爾各自在RISC架構下推出了多樣化相關產品，譬如TI就有可展現優異圖形處理能力的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系列產品為垂直產業提供高度整合、低功耗、可支援多媒體應用的處理器。

擔負起中介橋梁加速RISC架構普及化但盡管有了最適合的RISC架構又有了最佳效能的處理器，系統整合廠商在為智慧城市的應用進行設計時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處理器架構為例，其自身并不進行設計制造或販售處理器，而是將處理器架構授權給像TI與Freescale這些半導體公司，但后者也只提供處理器產品并沒有系統廠商所需的板卡，因此過去每當系統廠商選擇了ARM架構時就必須投入相當的人力物力來開發一件新案，再加上垂直產業少量多樣化的特性，讓ARMbase的專案普遍存在投資報酬率低的現象，阻礙RISC技術在嵌入式應用的普及。」

蘇高源進一步說明，系統廠商每新啟一項ARM開發專案時，除了要找到精通ARM架構的設計工程師外，還要自行選料、配料，完成的產品更要進行各種的檢驗測試，但仍免不了會碰到像I/O匯流排無法順利與周邊設備串接，亦或是所設計的板卡要多加網路連接埠，還有需要額外附加驅動程式或軟體等特殊設計需求時，都必須與原廠進行技術溝通或者花費繁瑣冗長的評估時間來尋找適當的解決方案，這樣的過程除了延誤產品上市時間外，有時就算已經過仔細的評估與驗證，卻仍會發生因板上使用了某顆不當的零組件而導致專案無法完成的窘境。

由研華做為系統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作業，讓系統廠商可以直接拿到已經驗證好的軟體與板卡來使用，并轉而把公司資源投入在讓自己更具競爭優勢的系統設計。

蘇高源表示，長期以來研華其實解決了不少系統廠商的設計問題，像就有客戶碰到棘手的PCIExpressInterface穩定性問題是經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，「需求端與供應端無法妥善銜接是造成產品無法順利推廣的主因，而盡管垂直市場上各系統廠商的需求不同，但仍能找到一些可『共通的部分』，因此研華從過往豐富的經驗中將這些可共用的軟體、硬體與服務流程標準化來取代以往廠商自行開發自己使用的模式，不但能讓進行RISC專案開發的客戶不再需要重頭來過就能拿到最佳解決方案，也可加速RISC相關產品的應用普及率。」

RTX2.0為嚴苛環境打造強固型硬體

針對RISC架構所需的標準化硬體產品，蘇高源表示，早期該架構并沒有統一標準的板卡（FormFactor）規格，直到2012年才開始有廠商推出像適合手持應用的QSeven與SMARC標準、以及為強固型應用所推的RTX標準，這些板卡規格都透過模組化概念將共用的核心與系統應用切割成上下2塊板卡，再由互連方式啟動硬體功能。

由于已事先定義好板子的大小尺寸以及底板上數百接腳（pin）的功用，因此系統廠商想采用ARM技術時，不再需要投入大量的人力物力來做核心平臺的開發工作，且系統廠商如果想依低中高階等不同應用而設計板卡時，也能共用核心的上板而不需要一一重新設計整塊主機板。

研華豐富的產品線中可提供符合這3種規格的板卡，不過蘇高源也指出，「我們發現ARM架構的設計中需要應用在嚴苛環境的系統居多，因此研華推出了RTX2.0（RISCTechnologyextended）的標準規格以便能專為嚴苛環境提供優化的RISC標準平臺。首先，厚度為2.0mm的主板以12層的設計讓硬體不但能對線路設計最佳化以取得高度穩定的訊號外，更能保有絕佳的焊接抗裂性與抗變形效果。」

以4個板對板連接器來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異的電氣性能、以及更好的抗氧化與防振效果，「像穩定性要求極高的機器手臂之應用就很適合用RTX2.0的產品因為上下板連接方式的好壞牽涉到的是結構性問題，因此一旦選用連接性不佳的方案，日后頻頻出問題的機率將大增。」蘇高源說明。

此外他還介紹，「工控應用中5V、12V、24V都是在工廠、發電廠中非常容易取得的電力來源，因此我們以5V～24V寬范圍輸入電壓做為RTX2.0的基本規格，在對電壓變化有較高的耐受性下既可避免電壓過高主機板燒掉或過低無法啟動的問題，設計者也無需為電壓不足而要額外進行轉換設計，藉此簡化其設計過程。」

再則，RTX2.0板卡上所使用的都是符合-40?C～85?C寬溫規格的零件，因為「高低溫差下的零組件特性就容易出現漂移，因此在選用零件上，必需要事先設定好，加上厚度夠的RTX可以較寬裕的走線設計來強化穩定性，再加上研華所有板卡出貨前都經過嚴格測試，因此能確保最佳的產品品質。」蘇高源說。

而在軟體部分，標準化API與設計服務可優化設計流程，研華可在嵌入式作業系統EmbeddedOS與開發板支援套件BoardSupportPackage，BSP這一層與系統廠商所開發的應用程式間以韌體形式，提供應用程式介面（API），藉此協助客戶的系統能簡單并正確呼叫所需的硬體功能，以免除設計者必須清楚了解硬體位址在那的困擾，譬如當客戶的系統要換用不同供應商的處理器或不同世代的產品時，同一功能所呼叫位址就可能有所變動進而增加了系統設計的困難度。

蘇高源說，「為了簡化廠商的設計，研華獨特的SUSIAPI能協助客戶在不用管底層硬體的異動下讓系統所需功能始終以同樣的呼叫方式來進行，因此不論是處理器或板子更新換代時，都不會對系統廠商帶來任何產品升級的困擾。」

除了軟硬體標準化之外，研華也為開發案所涉及的規劃、設計、整合與驗證流程提供了一套標準化的服務（DesigninSupportServices），蘇高源表示，「設計者在規劃初期其實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則能讓系統廠商了解那些OS或技術是可以支援其所要功能，并協助其將構想具體化且開出最適當的規格書；另外，研華已累積許多已驗證過的設計參考或線路布局，因此當客戶需要像Ethernet、SystemBus、CANbus等應用時就能直接copy使用，免去自行摸索所耗費的時間。」

到了板卡整合階段時，研華則有專門的服務工程師做為客戶的對應窗口，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（Debug）動作，甚至最后的驗證測試，研華也提供了許多相關工具，蘇高源指出，「市面上顯少有針對ARMC的測試工具，因此通常都必須為專案測試另寫軟體，研華則有各式各樣的測試工具與豐富的測試經驗，因此能協助客戶優化其設計品質。」

最后，蘇高源強調，研華從減少系統廠商投入RISC架構設計所耗費的心力著手，將專案所需的軟體、硬體與設計服務均進行了標準化處理，藉此讓RISC這項智慧城市的關鍵技術能以更容易也更好用的設計方式來加速智慧城市的各種底層應用之布建。

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