跨越式的升級，飛思卡爾面向智能邊緣節(jié)點的能效最佳64位平臺

應對“智能邊緣”

物聯(lián)網是很多半導體企業(yè)發(fā)展產品時圍繞的中心點。而物聯(lián)網雖然能夠包羅萬象甚至無孔不入，但歸根結底還是邊緣-網絡-云這三個關鍵節(jié)點，即前端設備(工業(yè)、家庭、車等)的數據采集;傳輸設備，如路由器、交換機在云端收集數據。飛思卡爾廣泛的物聯(lián)網解決方案可以對這三點提供相應支持，特別是其強大的通信處理器產品。

為了在加快新業(yè)務部署的同時最大限度地降低運營成本，網絡功能由路由器逐漸向虛擬第三方提供商遷移，對邊緣平臺的要求也有所提高，即邊緣平臺必須智能地決定哪些用戶和應用的最佳提供方式是本地提供，哪些用戶和應用對延遲要求較低。同樣，邊緣平臺也必須支持安全性較高、性能優(yōu)化的虛擬機環(huán)境，能夠驗證企業(yè)管理員和服務提供商管理員發(fā)布的新軟件。飛思卡爾全新的QorIQ LS1023A(雙核)和LS1043A(四核)專為應對這些發(fā)展態(tài)勢而設計，其智能化和集成度較高，具有較高的安全性和性能，帶來了新“智能邊緣”。

QorIQ LS1043A處理器是飛思卡爾面向嵌入式網絡推出的第一款四核64位ARM處理器。LS1023A(雙核版本)和LS1043A(四核版本)可通過支持無風扇設計的靈活I/O封裝，提供超過10 Gb/s的性能。其僅需6 W功率即可運行，卻可以帶來高達1.5 GHz的性能，完美結合了高性能和高能效的優(yōu)勢。此外，其針對經濟型低端PCB進行了BOM優(yōu)化，降低了電源成本，采用了單時鐘設計，而且還內置面向硬件增強虛擬化的ARM SMMU，因此是價格適中的vCPE產品及其他新一代邊緣網絡設備(如分支路由器、安全設備以及SDN/NFV邊緣平臺等)的理想選擇。

Cortex A53-A7=?

在初期64位通信處理器的布局中，飛思卡爾都是以Power Architecture技術為主，例如QorIQ T1024。多核或者異構多核處理器雖然性能高，但是開發(fā)難度進一步增加。很多工程師是喜歡ARM核的一個重要原因就是易于開發(fā)且效率高，隨著ARM核效應持續(xù)發(fā)酵，飛思卡爾為滿足市場需求，嘗試把ARM核和Power Architecture相結合，成功把軟件感知架構Layerscape搭好，它是一個以軟件和編程能力為主的方法，也是一個與核無關的架構，既可以用Power Architecture也可以用ARM，使得這些工程師可以更輕松地進行高性能通信處理器的開發(fā)。

QorIQ LS1系列中，LS1024A包括雙核ARM Cortex-A9內核，運行頻率為650 MHz~1.2 GHz，處理能力高達6 000 DMIPS;LS1020A、LS1022A和LS1021A采用的是典型頻率為 800 MHz~1.2 GHz的高能效應用處理器Cortex-A7。

LS1043A和LS1023A是首個針對網絡領域的基于Cortex-A53內核的多核器件，突然把QorIQ LS1系列內核提高一個檔次，也是為了讓其更好地適應網絡應用的發(fā)展，支持從虛擬邊緣到智能邊緣的演進。LS1之前的系列最高也是基于Coretx-A9,那么此次從Cortex-A7、A9到Cortex-A53的飛躍，有什么優(yōu)勢呢?

ARM Cortex-A9和Cortex-A7處理器都是隸屬于Cortex-A系列，基于ARMv7-A架構。目前我們能見到的四核處理器大多都是屬于Cortex-A9系列，它可以提供高性能和高能效，Cortex-A7的特點是在保證性能的基礎上提供了出色的低功耗表現。Cortex-A53屬于Cortex-A50系列，在推出的時候是世界上能效最高、面積最小的64位處理器(現已有Cortex-A72)，同等性能下能效是當今高端智能手機的三倍。

QorIQ LS1043A處理器基于Layerscape系統(tǒng)架構，集成四核64位ARM Cortex-A53，運行頻率高達1 GHz~1.5 GHz，性能可達10 Gb/s以上，CPU的CoreMark性能預計超過1.6萬。

豐富的網絡單元和外設應對復雜的網絡環(huán)境

QorIQ LS1043A能夠提升雙核32位ARM產品的性能，并且延續(xù)了QorIQ系列一貫的I/O靈活性，集成了QUICC Engine，繼續(xù)提供對HDLC、TDM或Profibus的無縫支持。其內部架構圖如圖所示。

其具有32 KB指令和數據L1緩存，1 MB L2緩存;有多達6個1x GbE或1x 10GbE和5個1x GbE，四通道SerDes，高達10 GHz，控制期間多路復用，支持3個第二代PCI Express接口、SATA 3.0接口和QUICC引擎。其加速器和存儲器控制也延續(xù)了QorIQ的優(yōu)點：高性能數據通路加速架構(DPAA)解析、分類和分發(fā)引擎，內置安全引擎和DDR 3L/4。豐富的外設是應付復雜網絡必不可少的：3個帶PHY的USB 3.0接口、QuadSPI、IFC閃存、四通道I2C和Trust Zone。其他特性包括：QorIQ平臺可信架構和面向硬件增強虛擬化的ARM SMMU。以上這些都是智能邊緣所需要的。

需要特別指出的是，外設多樣性使得LS1043A支持802.11ac模型以及ASIC 4G/LTE、SATA和低功耗NAND/NOR Flash的高帶寬連接。多個USB 3.0用于廣域網的冗余故障切換，存儲和配置。先進的XFI，四SGMII和2.5G超頻SGMII支持以太網的靈活性最大化。

從“誘惑”到危機的一步之遙

雖然來自智能、集成、金錢和時間等方面的誘惑，使得包括通信處理器在內的各種半導體器件隨著市場需求而變革，但是不得不面對隨之而來的各種危機。

人們愈加擔心物聯(lián)網(IoT)會變得越來越不安全，大家會要求M2M或物聯(lián)網(IoT)應用中所使用的通信處理器必須具備執(zhí)行加密操作的功能，例如哈希算法、簽名和加密數據，以及旨在滿足法規(guī)要求的安全密鑰存儲單元。

然而，即使網絡通信線路之間傳輸的數據經過加密處理，物理設備仍然無法抵御程序軟件非授權修改的攻擊。因此，設備不僅必須提供安全的通信，而且還要能夠作為可靠節(jié)點運行?？煽抗?jié)點就是用戶可以完全依賴的設備，它不僅可以保護數據，而且確保只能執(zhí)行用戶創(chuàng)建的真正軟件。

安全性需未雨綢繆

飛思卡爾半導體總裁兼首席執(zhí)行官Gregg Lowe表示：“在IoT運動真正興起之前，安全性挑戰(zhàn)對于它來說不亞于生死存亡的威脅。飛思卡爾積極應對這些挑戰(zhàn)，確保在未來有安全的解決方案能夠支持IoT的每個節(jié)點，從終端設備、網絡直到云計算。”

飛思卡爾幾十年來一直在推動創(chuàng)建安全標準，使網絡更加安全，汽車更加安全，也讓互連設備能夠更好地抵御攻擊。借助廣泛的技術組合以及對IoT應用的全面系統(tǒng)級視角，飛思卡爾是唯一有資格應對IoT終端節(jié)點到云計算安全挑戰(zhàn)的企業(yè)。

包括LS1043A和LS1023A在內的QorIQ LS1系列都內置安全引擎。例如，LS1043A內置加密引擎(SEC 5.4)，支持高速加密協(xié)議處理，包括IPsec、SSL、DTLS和IKE。SEC同樣還支持RAID 5加速所需的高速XOR操作。這是一種模塊化和可擴展的安全內核，經過優(yōu)化可以處理所有任務，甚至采用單次傳遞的數據執(zhí)行多算法操作(例如3DESHMAC-SHA-1)。此外，ARM TrustZone還支持將系統(tǒng)分隔為安全區(qū)域和非安全區(qū)域，控制這些區(qū)域之間的訪問特權。

啟動可靠設備需要一個“可信根”(“root of trust”)，它可以是外部(通常成本高昂)設備，例如FPGA或ASIC;或者它可以集成到SoC(片上系統(tǒng))，比如它便安裝在QorIQ LS1系列產品之內。在LS1系列處理器中，驗證是在預引導加載器中執(zhí)行的，它完全包含在內部ROM之中。這種實施方案可以提供一次性用戶可編程驗證密鑰，結合預引導加載器使用，創(chuàng)建所需的可信證明，以防止非授權代碼/用戶控制系統(tǒng)。

外部代碼映像加密采用與用戶開發(fā)團隊相同的密鑰，都是使用編程設備提供的工具鏈編程QorIQ LS1系列處理器上密鑰區(qū)域的集成密鑰。因此，當代碼離開開發(fā)小組時，已知代碼映像具有安全性。一旦代碼映像通過設備的驗證，設備便會在“安全”狀態(tài)下運行。為了維護安全的運行狀態(tài)，處理器提供附加的安全功能，以便檢測和防止非授權篡改或外部存儲器控制代碼/數據。

邊緣設備比網絡的其他部分能提供更多的智能和服務，由于來自物聯(lián)網的有線和無線數據的增長，邊緣設備正成為主要需求。飛思卡爾將通過提高網絡邊緣的性能、效率及智能，推動價格合理的虛擬化服務不斷發(fā)展。全新的QorIQ LS1043A、LS1023A處理器具有先進的虛擬化硬件，利用飛思卡爾的信任架構支持靈活安全的云應用升級，分流對延遲敏感的應用，并借助久經驗證的分類及流量管理硬件優(yōu)化本地性能，將為世界頂尖的原始設備制造商提供優(yōu)化平臺，實現廣泛部署、安全靈活的智能邊緣服務，從而鞏固飛思卡爾在這一領域的領導地位。