多核技術(shù)瞄準(zhǔn)新興應(yīng)用，差異化戰(zhàn)略漸成共識(shí)

時(shí)間：2014-06-09 09:45:00

關(guān)鍵字： LPC 集成 CORTEX-M4 NXP

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[導(dǎo)讀]【導(dǎo)讀】為加快上市時(shí)間并同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化，使用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核來(lái)開(kāi)發(fā)SoC不失為一種明智的選擇。但隨著消費(fèi)電子、人機(jī)界面、數(shù)字多媒體等新興應(yīng)用的涌現(xiàn)，業(yè)界對(duì)多核技術(shù)的期望值也在節(jié)節(jié)攀升。而在嵌入式領(lǐng)域，不斷

【導(dǎo)讀】為加快上市時(shí)間并同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化，使用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核來(lái)開(kāi)發(fā)SoC不失為一種明智的選擇。但隨著消費(fèi)電子、人機(jī)界面、數(shù)字多媒體等新興應(yīng)用的涌現(xiàn)，業(yè)界對(duì)多核技術(shù)的期望值也在節(jié)節(jié)攀升。而在嵌入式領(lǐng)域，不斷提高處理器主頻的做法已經(jīng)不能滿足不斷增加的性能要求，而且勢(shì)必造成功耗的增加。由于嵌入式系統(tǒng)的成本/功耗限制比PC更為嚴(yán)格，這就使得多核在嵌入式SoC領(lǐng)域有了充分的用武之地。

為加快上市時(shí)間并同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化，使用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核來(lái)開(kāi)發(fā)SoC不失為一種明智的選擇。但隨著消費(fèi)電子、人機(jī)界面、數(shù)字多媒體等新興應(yīng)用的涌現(xiàn)，業(yè)界對(duì)多核技術(shù)的期望值也在節(jié)節(jié)攀升。而在嵌入式領(lǐng)域，不斷提高處理器主頻的做法已經(jīng)不能滿足不斷增加的性能要求，而且勢(shì)必造成功耗的增加。由于嵌入式系統(tǒng)的成本/功耗限制比PC更為嚴(yán)格，這就使得多核在嵌入式SoC領(lǐng)域有了充分的用武之地。

NXP Cortex-M4/M0雙核微控制器

多核方案一般包括對(duì)稱多處理(Symmetrical Multi-Processing)、非對(duì)稱多處理(Asymmetric Multi-Processing)和混合多處理(Bound Multi-Processing)三種。日前，恩智浦半導(dǎo)體(NXP)就宣布推出全球首款采用ARM Cortex-M4和Cortex-M0雙核架構(gòu)的非對(duì)稱數(shù)字信號(hào)控制器LPC4000系列?！斑@種組合方式開(kāi)創(chuàng)了業(yè)界ARM Cortex構(gòu)架處理器研發(fā)的先河?！痹摴靖笨偛敏呷蛭⒖刂破鳟a(chǎn)品線總經(jīng)理Geoff Lees表示，“我們將工程師最需要的處理器單元進(jìn)行了整合，而且不需要他們編寫(xiě)額外的算法來(lái)分配核與核之間的運(yùn)算關(guān)系。這對(duì)于那些糾結(jié)于到底是采用一個(gè)還是兩個(gè)Cortex-M4進(jìn)行設(shè)計(jì)的工程師來(lái)說(shuō)，非對(duì)稱構(gòu)架是最好的選擇。”

作為提供全系列ARM內(nèi)核微控制器產(chǎn)品廠商，32位ARM MCU毫無(wú)疑問(wèn)將承擔(dān)更多為NXP攻城拔寨的重任。來(lái)自NXP方面的消息稱，在LPC4000系列中，M4作為主處理器融合了微控制器基本功能，如集成的中斷控制器、低功耗模式、低成本調(diào)試和易用性，以及高性能數(shù)字信號(hào)處理功能，包括單周期MAC、單指令多數(shù)據(jù)(SIMD)技術(shù)、飽和算法、浮點(diǎn)運(yùn)算單元。而M0則作為協(xié)處理器，用來(lái)分擔(dān)Cortex-M4處理器大量數(shù)據(jù)移動(dòng)和I/O處理任務(wù)，減小Cortex-M4帶寬占用，使得后者可以全力處理數(shù)字信號(hào)控制應(yīng)用中的數(shù)字計(jì)算。

“非對(duì)稱雙核架構(gòu)降低了功耗、成本和系統(tǒng)復(fù)雜性，為開(kāi)發(fā)人員提供了單一芯片解決方案，讓軟件分配變得更簡(jiǎn)單。”Geoff進(jìn)一步解釋說(shuō)，“目前我們推出的產(chǎn)品只是M4+一個(gè)M0構(gòu)架，未來(lái)隨著用戶需求的逐步增加，我們還有可能繼續(xù)增加作為協(xié)處理器的M0數(shù)量，變成一個(gè)M4 + N個(gè)M0的結(jié)構(gòu)?！?/FONT>

Geoff還特別強(qiáng)調(diào)了LPC4000系列獨(dú)有的可配置外設(shè)功能，包括可配置狀態(tài)機(jī)定時(shí)器、SPI閃存接口和串行GPIO接口。其中可配置狀態(tài)機(jī)定時(shí)器由狀態(tài)機(jī)和定時(shí)器陣列構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜功能，包括事件控制的PWM波形生成、ADC同步和死區(qū)控制；SPI閃存接口能夠?yàn)榻^大部分SPI和quad-SPI閃存制造商提供無(wú)縫高速的存儲(chǔ)器映射連接方法；而首次采用的串行GPIO接口則允許開(kāi)發(fā)人員連接任何非標(biāo)準(zhǔn)串行接口以及多種標(biāo)準(zhǔn)仿真串行接口，比如：I2S、TDM多通道音頻、I2C等接口。該系列部分產(chǎn)品的其他外設(shè)包括2個(gè)HS USB控制器、片內(nèi)HS PHY、支持硬件TCP/IP校驗(yàn)的10/100T以太網(wǎng)控制器和高分辨率彩色LCD控制器。

此外，LPC4000系列還采用了優(yōu)化的256位寬度閃存架構(gòu)，具備264 KB SRAM以及雙塊存儲(chǔ)器架構(gòu)，可支持1MB閃存安全編程和存儲(chǔ)器分區(qū)。同時(shí)，LPC4000系列的標(biāo)準(zhǔn)特性還包括含有啟動(dòng)代碼和片內(nèi)軟件驅(qū)動(dòng)的32 KB ROM、AES-128解密、8通道通用DMA控制器，2個(gè)具有最高采樣率為400k/s的10位ADC/DAC、馬達(dá)控制PWM和正交編碼器接口、4個(gè)UART、2個(gè)Fast-mode Plus I2C、I2S、2個(gè)SSP/SPI、智能卡接口、4個(gè)定時(shí)器、窗口看門(mén)狗定時(shí)器、報(bào)警定時(shí)器、具有256字節(jié)電池供電備份寄存器的超低功耗RTC以及最多146個(gè)通用I/O引腳。

至于為何選擇推出雙ARM內(nèi)核構(gòu)架，Geoff認(rèn)為，DSP+ARM構(gòu)架的產(chǎn)品主要面向中高端應(yīng)用，而NXP則希望通過(guò)Cortex-M4 + Cortex-M0的雙核架構(gòu)打開(kāi)馬達(dá)控制，工業(yè)自動(dòng)化，汽車配件以及嵌入式音頻等領(lǐng)域。

LPC4000系列結(jié)構(gòu)框圖

TI DSP/ARM Integra處理器

與NXP LPC4000系列的市場(chǎng)訴求不同，TI日前針對(duì)工業(yè)控制、航空電子、視覺(jué)應(yīng)用和高端測(cè)量測(cè)試等需要較強(qiáng)運(yùn)算和信號(hào)處理能力的領(lǐng)域，推出了集成DSP+ARM架構(gòu)的Integra系列處理器C6A816x。

“有很多算法在DSP平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)，在ARM上也可以；但有些特定的算法，如數(shù)據(jù)濾波、圖像處理等放在DSP上運(yùn)行的效率會(huì)高很多，可能達(dá)到60%以上”，TI數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理程自清表示，“在某些高端的應(yīng)用場(chǎng)合，ARM+DSP會(huì)起到事半功倍的效果。”究其原因，因?yàn)镈SP可專門(mén)用于處理密集型信號(hào)處理需求、復(fù)雜的數(shù)學(xué)函數(shù)以及影像處理算法，而 ARM 則可用于實(shí)現(xiàn)圖形用戶界面(GUI)、網(wǎng)絡(luò)連接、系統(tǒng)控制以及多種操作系統(tǒng)下的應(yīng)用處理。另外，ARM資源可以空出來(lái)做更多的應(yīng)用，總體性能會(huì)大大提高。

C6A816x處理器在同一芯片上集成了1.5GHz TMS320C674x 浮點(diǎn)與定點(diǎn)DSP和ARM Cortex-A8處理器，此外還集成了針對(duì)各種應(yīng)用而優(yōu)化的數(shù)種高帶寬外設(shè)，包括 PCIExpress Gen2、SATA 2.0、雙千兆位以太網(wǎng)和雙DDR2/DDR3 接口。另一方面，該系列處理器還配備了片上顯示引擎，能夠?yàn)?個(gè)同時(shí)工作的高清顯示屏輸出兩組不同的內(nèi)容流。“這對(duì)于高端機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)等應(yīng)用而言非常重要，其中一個(gè)顯示屏可提供觸摸屏鍵盤(pán)功能，而另一個(gè)顯示屏則能顯示機(jī)器性能及視覺(jué)分析結(jié)果?！背套郧逖a(bǔ)充說(shuō)。同時(shí)，C6A8168處理器還專門(mén)集成了3D圖形加速器，可實(shí)現(xiàn)更高級(jí)、更豐富的精彩GUI體驗(yàn)。[!--empirenews.page--]

在接受媒體采訪時(shí)，程自清以機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品為例，詳細(xì)介紹了基于C6A8167的方案是如何幫助客戶簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，并提高可靠性的。在以往此類產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，工程師往往需要FPGA進(jìn)行算法和數(shù)據(jù)整理，同時(shí)利用DDR做影像視覺(jué)處理和特征提取的算法，另外還需要uProcessor做系統(tǒng)管理和通訊等，特別是在一些高端的顯示中，總體成本非常高。而采用C6A816x產(chǎn)品，首先接口可以全部集成在其中，同時(shí)又集成了定點(diǎn)、浮點(diǎn)DSP和高性能ARM，據(jù)稱此舉可節(jié)約超過(guò)50%的成本。