物聯(lián)網(wǎng)方興未艾 飛思卡爾運(yùn)籌帷幄細(xì)化QorIQ通信處理器

21ic訊 從模擬制式手機(jī)到2G、3G、4G甚至是未來(lái)的5G，每到轉(zhuǎn)折期就有一些人被技術(shù)牽絆而不知何去何從，飛思卡爾半導(dǎo)體總是能應(yīng)景推出相應(yīng)的通信處理器等創(chuàng)新產(chǎn)品，為通信時(shí)代的跨越保駕護(hù)航。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，通信處理器不再屬于稀缺資源而被少數(shù)企業(yè)掌握，并且更新速度加快，倒逼知名廠商處于“逆水行舟不進(jìn)則退”的境地，要繼續(xù)做領(lǐng)頭羊，需要針對(duì)新時(shí)期的“痛點(diǎn)”更新產(chǎn)品。飛思卡爾QorIQ T1024/14和T1023/13通信處理器就是眾多新品之一，這些新處理器采用28 nm技術(shù)，將性能領(lǐng)先的Power Architecture e5500處理器內(nèi)核與運(yùn)行頻率高達(dá)1.4 GHz的先進(jìn)緩存架構(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)先的卸載引擎和面向未來(lái)、低功耗的內(nèi)存子系統(tǒng)整合在一起，它們主要針對(duì)低成本的企業(yè)和服務(wù)供應(yīng)商邊緣和網(wǎng)絡(luò)控制應(yīng)用。

“芯”核心的執(zhí)著

雙核QorIQ T1024和T1023通信處理器及單核QorIQ T1014和T1013通信處理器配備64位內(nèi)核，基于Power Architecture技術(shù)構(gòu)建，提供網(wǎng)絡(luò)和電信應(yīng)用所需的高性能數(shù)據(jù)通路加速架構(gòu)(DPAA)和網(wǎng)絡(luò)外設(shè)總線接口。ARM核現(xiàn)在從低端到高端已經(jīng)全面鋪開(kāi)，很多處理器廠商都在逐漸弱化甚至放棄自有架構(gòu)處理器的開(kāi)發(fā)。飛思卡爾采取了“雙管齊下”的策略，雖然其基于ARM核的處理器已經(jīng)跑在同行前列，但卻在仍然執(zhí)著地堅(jiān)持自己“芯”核心——Power Architecture。QorIQ T1024/14和T1023/13就基于單/雙Power Architecture e5500內(nèi)核，運(yùn)行頻率達(dá)1.4 GHz。采用混合32位模式，支持原有軟件，并可向64位架構(gòu)平穩(wěn)過(guò)渡。

e5500架構(gòu)是飛思卡爾e500內(nèi)核的兩倍，它的設(shè)計(jì)頻率高達(dá)2.5 GHz，可以運(yùn)行在64位或32位模式。64位e5500內(nèi)核實(shí)現(xiàn)了諸多改進(jìn)，包括支持多核SoC實(shí)施方案以及異構(gòu)多核處理器。在e5500 64位內(nèi)核上的技術(shù)進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了集成度和性能的獨(dú)特結(jié)合，在非常低的功率范圍內(nèi)達(dá)到了非常高的性能水平，為嵌入式能效設(shè)定了一個(gè)基準(zhǔn)。e5500技術(shù)基于Power架構(gòu)指令集(ISA)v2.06，有以下特性：一個(gè)亂序執(zhí)行的7級(jí)流水線;64 GB的更高平面尋址內(nèi)存空間;6高性能經(jīng)典浮點(diǎn)單元(FPU)支持IEEE754浮點(diǎn)運(yùn)算;混合32位模式，支持傳統(tǒng)的軟件，并可過(guò)渡到64位架構(gòu);L1緩存，背面L2緩存加上共享L3緩存。

圖1 QorIQ T1024/14通信處理器內(nèi)部架構(gòu)圖

極速奔馳，接口不再是雞肋

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)速率的要求激增，傳統(tǒng)并行接口的速度已經(jīng)成為瓶頸，取而代之的是速度更快的串行接口，于是原本用于光纖通信的SerDes技術(shù)成為了為高速串行接口的主流。它是一種主流的時(shí)分多路復(fù)用(TDM)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(P2P)的串行通信技術(shù)。T1024/14和T1023/13就支持SerDes：4條高達(dá)10 Gb/s的通道，并支持SGMII、QSGMII、PCIe和SATA。其他網(wǎng)絡(luò)單元也很有看點(diǎn)，如1×10GbE、3×1GbE或4×1Gb Gigabit以太網(wǎng)接口。

加速器和存儲(chǔ)器控制也是保證速度的一個(gè)重要方面。數(shù)據(jù)路徑加速架構(gòu)(DPAA)包含加速特性，適用以下功能：數(shù)據(jù)包解析、分類和分發(fā)，支持調(diào)度、數(shù)據(jù)包排序和阻塞管理的隊(duì)列管理，支持硬件緩沖管理，可緩沖分配和取消分配，集成安全加速(SEC)。此外，高達(dá)4.1 Gb/s的以太網(wǎng)MAC可作為DPAA的一部分。T1024/14和T1023/13還具有32/64位DDR3L/4 SDRAM存儲(chǔ)控制器，帶有ECC支持，高達(dá)1 600 MT/s。

新處理器的外設(shè)接口主要有：一個(gè)串行ATA (SATA 2.0)控制器，兩個(gè)高速USB 2.0控制器，帶有集成PHY，增強(qiáng)型安全數(shù)字主設(shè)備控制器(SD/MMC/eMMC)，增強(qiáng)型串行外設(shè)接口(eSPI)，兩個(gè)I²C控制器，4個(gè)UART，支持NAND與NOR閃存的集成閃存控制器。

可擴(kuò)展、可編程的基于RISC的通信協(xié)議加速引擎QUICC Engine技術(shù)主要設(shè)計(jì)用于下一代有線和無(wú)線接入應(yīng)用，因此其也被集成到了T1024/14和T1023/13中。QUICC Engine支持原有協(xié)議TDM、HDLC、UART和ISDN，可以提供數(shù)據(jù)包流量、互通功能(無(wú)CPU干預(yù))、多協(xié)議支持、很高的信道密度和軟件兼容性，為融合分組網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)先進(jìn)而經(jīng)濟(jì)的解決方案。

作為通信處理器，為了不讓數(shù)據(jù)在芯片內(nèi)部“塞車”，有效的互連是不可缺少的，新處理器具有CoreNet平臺(tái)緩存，256 KB共享平臺(tái)緩存;分層互連結(jié)構(gòu)，CoreNet結(jié)構(gòu)支持相干和非相干事務(wù)，CoreNet結(jié)構(gòu)就像一個(gè)小管家一樣，在CoreNet端點(diǎn)之間進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序和帶寬分配。

防微杜漸，安全不再漸行漸遠(yuǎn)

千里之堤，潰于蟻穴，很多時(shí)候，危害往往來(lái)自細(xì)微環(huán)節(jié)。大數(shù)據(jù)、云的迅速發(fā)展似乎讓安全性漸行漸遠(yuǎn)，在美國(guó)明星隱私照被曝光后，數(shù)據(jù)安全再次被推倒風(fēng)口浪尖。通信處理器作為數(shù)據(jù)的一個(gè)重要關(guān)卡必須要重視安全性,防微杜漸。QorIQ T1024/14和T1023/13所有端口均帶有MACsec，它是一個(gè)用以保護(hù)局域網(wǎng)安全的主要協(xié)議，這一協(xié)議通過(guò)識(shí)別局域網(wǎng)上非授信站點(diǎn)來(lái)阻止其通信，從而保證網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行，同時(shí)還能保護(hù)信息完整性和保密性信，并減少對(duì)2層協(xié)議的攻擊。

軟件不安全來(lái)自調(diào)用問(wèn)題，安全性可最終歸為隔離。T1024/14和T1023/13支持硬件虛擬化和分區(qū)執(zhí)行，具有額外特權(quán)等級(jí)用于支持管理程序。此外，值得一提的是QorIQ處理平臺(tái)的可信架構(gòu)，其已經(jīng)升級(jí)到2.0版本，e500、e5500或e6500內(nèi)核帶有管理程序和不執(zhí)行保護(hù);I/O接入控制, 平臺(tái)(I/O) MMU;安全調(diào)試控制器;帶有外部篡改檢測(cè)的安全監(jiān)測(cè);帶有一次性可編程主密鑰的安全熔絲處理器;可選的電池供電可清零主密鑰;支持替代映像、密鑰撤銷。

可以看到飛思卡爾在盡力做到速度和安全的完美結(jié)合。

物聯(lián)網(wǎng)方興未艾，飛思卡爾布局64位處理器

64位移動(dòng)處理器已經(jīng)隨著4G手機(jī)的暢銷而逐漸增強(qiáng)其市場(chǎng)效應(yīng)，而64位通信處理器并沒(méi)有移動(dòng)處理器那樣快速擴(kuò)展版圖，畢竟消費(fèi)產(chǎn)品的更新速率往往高于企業(yè)級(jí)和工業(yè)級(jí)的應(yīng)用，后者在采用新IC時(shí)往往更加謹(jǐn)慎，希望平穩(wěn)過(guò)渡。“應(yīng)用延時(shí)期”給了客戶更多的選擇空間，也讓飛思卡爾積極推出配套的支持，包括軟件、IP和技術(shù)文檔等，甚至有時(shí)間細(xì)化產(chǎn)品，針對(duì)不同客戶需求，推出更有針對(duì)性的通信處理器。

全新的QorIQ T1023和T1024處理器為廣受歡迎的QorIQ P1系列和PowerQUICC處理器組合了無(wú)縫應(yīng)用軟件的可擴(kuò)展性和出色的卸載性能升級(jí)路徑。T1023器件針對(duì)802.11ac智能邊緣WLAN接入點(diǎn)和分支路由器，同時(shí)T1024 SoC經(jīng)濟(jì)高效地升級(jí)了打印和成像、傳統(tǒng)控制應(yīng)用和線路卡。

T1024和T1014處理器采用全功能23 mm×23 mm封裝，具備可擴(kuò)展性，與4核T1042處理器(乃至8核T2081處理器)引腳兼容，能夠以單系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)靈活的價(jià)格和功耗調(diào)節(jié)。QorIQ T1023和T1013通信處理器是接口和功耗經(jīng)過(guò)優(yōu)化的SoC，旨在為成本和功耗敏感型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供出色的單核或雙核性能。兩種版本均為廣受歡迎的32位QorIQ P10XX系列處理器提供出色的64位軟件兼容和I/O升級(jí)路徑。

全方位“利器”

工欲善其事，必先利其器。想將芯片在合適的領(lǐng)域發(fā)揮出最大的作用，并幫助客戶縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，必需向客戶提供好的開(kāi)發(fā)工具。

飛思卡爾與其合作伙伴提供了非常廣泛的工具、實(shí)時(shí)軟件、參考設(shè)計(jì)和服務(wù)，以加速客戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。例如，面向網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的CodeWarrior開(kāi)發(fā)套件、面向網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的VortiQa軟件、QorIQ Linux SDK、專業(yè)的服務(wù)和技術(shù)支持(如參考設(shè)計(jì)支持包)。

其中，CodeWarrior支持多種架構(gòu)，包括Power Architecture技術(shù)、ARM技術(shù)和StarCore DSP內(nèi)核;客戶可獲得更新軟件包的升級(jí)，包括完整的套件補(bǔ)充。VortiQa軟件針對(duì)特定的垂直市場(chǎng)，例如，企業(yè)和服務(wù)提供商設(shè)備、無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，以及云和數(shù)據(jù)中心設(shè)備。該軟件包括兩種產(chǎn)品：VortiQa開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)(ON)管理軟件和VortiQa開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)(ON)交換軟件，利用OpenFlow協(xié)議等開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)來(lái)加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的可管理性。通過(guò)在多核平臺(tái)上采用這些經(jīng)過(guò)優(yōu)化、高度可移植的軟件產(chǎn)品，客戶能夠有效降低運(yùn)營(yíng)支出和資本支出。

第三方的軟件和工具也是飛思卡爾的“利器”之一。包括Enea、Green Hill、Mentor Graphics以及Wind River等公司都與飛思卡爾有很好的深入合作，它們都是業(yè)界的知名企業(yè)，其軟件和工具也都獲得了廣泛好評(píng)。這也可以看出飛思卡爾生態(tài)系統(tǒng)的強(qiáng)大之處。

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代所匱乏的資源是能源、生產(chǎn)率、帶寬以及產(chǎn)品快速的上市方法，通信處理器特別是高端產(chǎn)品在這些方面都有待改善。目前，物聯(lián)網(wǎng)還處于方興未艾的階段，成功的要點(diǎn)是為用戶的創(chuàng)新想法提供支持，飛思卡爾將為此不遺余力。