嵌入式系統開發有點像重新發明輪子。許多嵌入式系統僅因接口要求而異。鑒于客戶不愿意為他們不想要的功能付費或妥協產品，設計師們已經學會了重用軟件。雖然 PC/104 提供了現成的硬件，但當客戶要求電池供電的系統必須適合火柴盒而不是鞋盒時，設計人員有時必須尋找其他外形尺寸。

緊湊型計算機是客戶要求的產物，盡管當時客戶并不知道。這臺計算機類似于 Busicom 委托英特爾設計的計算器芯片。英特爾稱它為 4004，后來成為第一個微處理器。

客戶的要求很簡單：采用風洞模型的實時數據采集系統，并通過單線或無線方式將數據發送出去進行分析。主要問題是該公司只需要兩個設備，因此排除了定制設計。設計團隊本可以投資將其開發為產品，但現在不是正確的時機。

選擇外形尺寸

因此，設計師們開始尋找合適的商用解決方案。許多 SBC 可用，但缺乏適合應用程序的輸入或輸出組合。這次搜索最終導致了 PC/104。該團隊構建了一個合適的 PC/104 堆棧，但很快確定它太大而無法放入模型中。

然后，當設計人員意識到幾個比 PC/104 更小的商用板卡、CardBus 和 CompactFlash 等比 PC/104 更小的時候，靈光乍現的時刻到來了，僅舉幾例，出貨量達數百萬。但是，這些板通常用于筆記本電腦，一次不超過兩個。將筆記本電腦添加到方程式中會使最終設計作為嵌入式系統太大且太昂貴。

那時，設計人員考慮了開發可以與其中幾張卡通信的處理器是多么困難。這聽起來很簡單，只要所有卡都是同一類型，而不是將 PC-Card 與 CompactFlash 或 CardBus 混合使用。（PC-Card 和 CardBus 具有相同的外形尺寸，因此很難確定哪個是哪個。）如果設計人員構建了一個只能使用 PC-Card 或 CardBus 的系統，許多用戶會使用錯誤類型的卡填充系統，造成支持的噩夢。

CompactFlash 最終脫穎而出，成為該系統的最佳外形尺寸。快速搜索可用的 CompactFlash 卡類型會生成支持以太網、藍牙、ZigBee、802.11、大容量存儲、GPS、GPRS/GSM 和模數轉換器 （ADC）/數模轉換器的卡列表轉換器 （DAC）。因此，微型嵌入式系統似乎可以使用標準的 CompactFlash 卡開發，就像 PC/104 卡一樣，但大小只有三十分之一。該團隊的目標是使用常見的低成本卡以最少的硬件開發和非經常性工程成本構建這些微型嵌入式系統（4 cm x 4 cm x 2 cm）。

知道他們可以在幾小時或幾天內輕松構建這些系統的快速產品原型，設計師想知道為什么沒有其他人制造它們。一位經理解釋說，某些產品不存在有兩個原因：這是一個愚蠢的想法，或者還沒有人想到它。設計師在進行產品開發時選擇了后一個原因。

軟件、應用注意事項

為了實現廣泛采用，CompactFlash 計算機的軟件必須基于標準操作系統 （OS），例如 Windows CE 或 Linux，以最大限度地縮短學習曲線。目標是能夠插入任何 CompactFlash 卡并讓系統運行。將以太網卡換成無線卡并且不進行任何軟件修改的能力很有吸引力。由于可能需要修改 CompactFlash 卡的驅動程序以支持該架構，因此設計人員選擇了開源 Linux。

當時市場上有一些小型的 Linux 系統，但沒有一個像 42 毫米 x 37 毫米那么小。在做出一些妥協后，該團隊創建了第一臺 CompactFlash 計算機。。基于飛思卡爾 MCF5272 微處理器，運行頻率為 40 MHz，具有 8 MB 閃存和 32 MB SDRAM，系統充當 CompactFlash 主機（它控制其他 CompactFlash 卡）和最初配備 10 插槽主板，尺寸為 52 毫米 x 42 毫米。后來增加了一個低成本的 4 槽載板。

一些公司使用 CompactFlash 系統進行快速原型設計和概念驗證工程，而另一些公司則使用它來開發小型系統。項目范圍從基于無線的健康監測系統到 GPS 記錄再到數據存儲。

其他設計人員希望能夠將系統插入現有設備（如相機和 PDA）的 CompactFlash 卡插槽中。應用包括：

PDA 的安全應用程序

現有設備的加速器，可在原始處理預算內實現新功能

模擬現有設備中的存儲卡并通過無線或串行通信、相機、數據記錄器等訪問文件

通過頂部連接器為帶有 CompactFlash 插槽的系統提供額外的數字 I/O；微型附加卡可以包含帶有定制連接器的 ADC 或 DAC 夾

雖然這些都是合理的應用，但第一臺緊湊型計算機被設計為緊湊型閃存主機，不能插入緊湊型閃存插座。設計中做出的妥協之一是使用小型可編程邏輯器件來生成 CompactFlash 總線信號，確保可以在合理的層數和線寬內實現電路板布局。

添加 FPGA

簡單的解決方案是用 FPGA 替換可編程陣列邏輯，這允許 CompactFlash 處理器模塊將總線作為主機或從設備進行管理，并使總線可重新配置。使用 FPGA 還可以為模塊快速添加其他功能。多處理器系統可以使用自定義通信系統、共享內存或消息傳遞來開發。本質上，這是一個電子樂高積木。

FPGA 選擇成為關鍵的設計決策，因為電路板空間已縮小到 37 mm x 25 mm，其中包含用于 I/O 的頂部連接器。具有軟核處理器的 FPGA 將允許一個部分完成兩個部分的工作。但軟核處理器 FPGA 供應商聲稱的 100 MHz 性能在 FPGA 加載其他功能后迅速降至 50 MHz。從 40 MHz 到 50 MHz 并不是令人驚嘆的因素，尤其是當類似系統已經在 400 MHz 時。新系統必須有一個處理器和一個 FPGA。

Analog Devices Blackfin 處理器采用 12 mm x 12 mm 封裝和 500、600 和 750 MHz 時鐘選項，為新系統提供了易于升級的未來。它的焊球間距為 0.8 mm，簡化了布局和制造。

然后，設計人員轉向布局問題，迭代不同的 FPGA、SDRAM 和閃存設備，直到找到可以以合理成本制造的電路板布局。公司的所有計算機都在很長一段時間內每周 7 天、每天 24 小時運行 PCB 布線程序。

革命性的原型開發

緊湊型計算機采用商業硬件構建，尺寸僅為現有工業系統的一小部分，它可以正常工作，滿足客戶的要求，并為未來的設計師提供了一個起點。為了從這個系統中獲益，設計師不能受制于“沒有人這樣做”的態度。相反，設計人員應該通過利用真正的即插即用嵌入式系統來改變原型的開發方式。畢竟，跟隨領先者并不能贏得比賽。

審核編輯：郭婷