深度嵌入式应用程序的多核微控制器驱动性能.docx
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1、深度嵌入式应用程序的多核微控制器驱动性能虽然多核处理在个人计算机中的广泛采用肯定已经提升了它们的地位,但这种趋势背后的真正好处可能并不那么明显,尤其是对于深度嵌入式应用程序的开发人员而言。实际上,许多计算密集型设备在某种程度上使用了多处理港架构。一段时间以来,移动电话使用多核设备,这些设备本身取代了多个分立处理器。随着基于一系列架构的多核处理器变得广泛可用,同样水平的整合也席卷了其他应用领域,例如工业控制、电信和网络。现在越来越清楚的是,推动使用多核设备的动力正在推动嵌入式领域多核微控制器的发展。对更多处理能力的需求是毋庸置疑的,但多核设备的功效有时是这样的;人们普遍认为,在大多数应用程序中,
2、多核的好处不会超过四核。在深度嵌入式应用中,这些好处可能更难以识别,尤其是随着低端和低成本32位微控制器的普及。然而,虽然这些设备显然功能强大,但它们的使用不一定是互补的;创建一个定制的多处理平台可能很困难。集成设备制造商现在正在介入,创建低水平设计的设备,以提供同质和异构多核微控制器。统一架构在基本层面上,多核设备提供了两全其美;大多数微控制器指令集非常擅长控制任务,但不一定擅长数据处理。修改该指令集(以及因此底层架构)以添加以数据为中心的指令已变得更加普遍,并产生了有时称为统一架构的东西,但可能更常见的是数字信号控制器(DSC)。DSC已经面世一段时间了,它代表了迈向完整“多核”微控制器的
3、第一步。他们解决的应用通常反映了在微控制器传统上很强大或正在寻求变得强大的应用中,对“不仅仅是控制”的需求不断增长。电机控制就是一个例子,但许多DSC的目标是更通用的以控制为中心的应用,并集成了一系列外围设备来支持这一点。一个例子是飞思卡尔的56F807它基于飞思卡尔的56800内核,结合了类似MCU的功能和DSP的处理能力。该内核遵循哈佛架构,包括三个能够并行运行的执行单元,每个指令周期最多可进行六个操作。它还保留了“C友好”格式,从而减少了在汇缄程序级别对设备进行缄程以实现高效代码执行的必要性。56F807具有两个脉冲宽度调制器,每个都提供三个互补的可编程输出,飞思卡尔将其描述为特定于应用
4、的功能。MiCrOChiP的dsPIC系列在DSC产品领域也很强大。这还具有哈佛架构,具有修改后的指令集和指令预取机制,旨在帮助维持吞吐量和可预测的执行,并辅以在单个周期内执行的大多数指令。DSP引擎具有一个17X17位乘法器、40位A1U两个40位饱和累加器和一个40位双向桶形移位器。图1:Microchip的dsPIC具有统一的指令集,可将DSP和MCU功能结合在一个器件中。对称处理微控制器多核路径的下一个演进步骤是引入了具有相同内核的两个实例的设备,或同质多核设备。由于它们共享资源,这些设备的即时好处是两倍的处理性能,不到两倍的价格(或系统功率)。更重要的是它提供了对对称多处理的访问;通
5、过在两个核心而不是一个核心上同时运行给定任务的能力。每个相同的内核都代表一个“统一”架构,因为它通常基于经过修改的哈佛架构,具有专门设计用于提供DSP和MCU功能的指令集。对于Ana1OgDevices的ADSP-BF561,处理块具有两个B1aCkfin核心。它被称为微值号架构(MSA),被描述为一种正交的类似RISC的指令集,在单指令集架构中提供SIMD(单指令多数据)功能和多媒体功能。每个相同的内核都具有两个16位乘法器、两个40位累加器、两个40-A1U,四个8位视频A1U和一个40位移位器,具有独立的11缓存,但共享12缓存和统一的内存架构。图2:Ana1ogDevices的B1ac
6、kfin内核是其DSP-BF561的核心。多媒体处理是一项要求很高的应用,并且越来越多地在嵌入式层面得到解决,因此出现了ADSP-BF561等设备,以及最近飞思卡尔的i.MX6系列。该系列可扩展设备具有一个通用平台,支持单核、双核和四核变体,采用主要兼容引脚和软件的格式,基于迪Cortex-A9内核。内核运行频率高达1.2GHz,支持RMv7NEONVFPv3和Trustzone0这些设备被飞思卡尔归类为应用处理器,主要针对汽车(信息娱乐)和消费(智能设备)市场,但已迅速被SBC(单板计算机)供应商采用,作为更成熟的x86架构的替代品,这要归功于它们的低功耗和高性能凭据,以及运行包括1inux
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