嵌入式处理器:基于多核架构 引领32位之争
时间:11-04
来源:世界电子元器件 陈楠
点击:
嵌入式系统以各种类型的嵌入式处理器为核心,而随着技术的发展,对于嵌入式处理器的性能及功耗的要求愈加严苛。目前,嵌入式处理器分为8位、16位、32位及64位等,8位微处理器/MCU市场已逐步趋向稳定,32位微处理器/MCU则代表着嵌入式技术的发展方向,据调查显示,在亚洲各个地区,32位嵌入式处理器的应用明显领先于其它架构。
高度集成化的SoC
当前,嵌入式处理器市场的趋势之一,即高集成度的SoC芯片。SoC处理器由可设计重用的IP核组成,IP核是具有复杂系统功能的能够独立出售的VLSI|0">VLSI块,采用深亚微米以上工艺技术设计完成。SoC中可集成控制处理器内核,如ARM内核;计算用DSP内核,如CEVA内核;存储器核或其复合IP核,同时具备接口等多种功能。
A R M公司作为IP供应商,其核心业务是IP核以及相关工具的开发和设计。半导体厂商通过购买ARM公司的IP授权来生产自己的 微处理器芯片。目前,ARM公司的IP核已由ARM7、ARM9发展到今天的A.R.M三大系列。同时由单一的处理器内核向多核发展,为高端的嵌入式应用提供了强大的处理平台。
日前,德州仪器(TI)推出针对便携式 高清(HD)视频产品市场的最新达芬奇(DaVinci)处理器,具备ARM主机控制与全套开发工具。DM355处理器由集成的视频处理子系统、MPEG-4-JPEG协处理器(MJCP)、ARM926EJ-S内核以及多种外设组成,针对数码相机、IP摄像机、数码相框以及婴儿视频监护器等应用。其配套开发工具DM355数字视频评估板(DVEVM)将有助于开发人员快速创建低成本便携式高清数字视频设备。
其他SoC产品包括:Tensilica公司和Tallika公司共同发布的基于Tensilica公司Xtensa处理器IP核的可配置安全SoC FPGA/ASIC平台。该方案包括一颗Tensilica带有32位AHB/APB骨干总线的Xtensa处理器IP核以及Tallika公司基于链表结构的DMA控制器。该安全FPGA平台基于Xilinx Virtex4 LX160 FPGA器件,并包含完整软件库以完成安全功能。
十月中旬,瑞萨科技公司推出专为车辆信息终端提供图像识别处理功能的SoC产品SuperH系列SH77650,SH77650集成了SuperH系列的顶级CPU内核SH-4A。在300 MHz的最高工作频率下其处理性能为540 MIPS,可提供与瑞萨科技现有的用于汽车导航系统的SH7774(600MHz工作)高性能SoC产品相同的图像识别功能。
MCU及DSP
传统的嵌入式微处理器可以分为微控制器MCU、微处理器MPU和数字信号处理器DSP,然而随着时代的发展,为了实现更高性能,目前的趋势之一,是期望单一芯片能同时实现DSP运算及MCU控制功能。虽然,DSP与MCU的发展仍相对独立,但可以看到各大芯片制造商正在努力满足用户提出的新的要求。
十月中旬,TI推出了高性能、低成本TMS320C6452 DSP,该产品提供了优化的性价比方案,可满足目前处理密集型多通道基础局端与医疗成像系统的要求。C6452 DSP采用TI的增强型TMS320C64x+内核,与C6415T相比,其L1缓存提高了一倍,L2缓存提高了40%,从而为客户轻松添加差异化特性预留了充分的空间。
恩智浦则发布了LPC2900系列微控制器,进一步扩展了其ARM7和ARM9微控制器的广泛生产线。LPC2900基于广受欢迎的、高性能ARM968E-S处理 器,针对工业、医疗、发动机控制和汽车电子行业内的应用,为设计师提供一个具有高成本效益、高灵活性低功耗的解决方案。
飞思卡尔半导体的最新12款高性能ColdFire微处理器,旨在支持运行Linux 的低功耗、高性能嵌入式系统。新款ColdFire 微处理器在大约380 mW的功率上提供了410 Dhrystone MIPS(DMIPS)的内核性能,能够轻松满足开发人员的系统功率预算。 MCF5445x系列包括12款集成了丰富连通性外围设备的先进微处理器,具有片上存储管理单元,以支持有保护的存储操作系统,如Linux OS。
与此同时,Atmel扩大了其面向高安全性系统的 AT91SO安全微控制器产品系列阵容,新型AT91SO25、AT91SO50 和 AT91SO51 基于Atmel的ARM SecurCo re SC100 CPU 核,拥有256Kbyte用于程序与数据的 EEPROM,32 Kbyte 用于片上 Atmel 库的 ROM,以及 100 Kbyte 的 RAM。它们包含 USB、SPI、USART、I/O 端口、磁条以及智能卡接口等专用 外围设备。这些设备整合了强大的安全机制来满足 Comm on Criteria EAL4+ 标准,其中包括入侵传感器、专用硬件保护、实时时钟以及备用电池等。
多核处理器架构
供应商们为了提供更高性能,无可避免的要面对功耗挑战。目前,随着市场的发展,单纯通过提高时钟速率提升性能的方式,将带来极大的功耗问题。为此,各厂商正努力以新的方式寻求突破,当前市场主流的方法即采取多核处理器架构。
在美国加州圣克拉拉(Santa Clara)举行的第四届ARM开发者大会上,ARM即发布了其新款Cortex-A9处理器系列。全新的ARM Cortex-A9 MPCore多核处理器与ARM Cortex-A9单核处理器能在严格的功率限制下提供超高性能。Cortex-A9处理器提供了具有高扩展性和高功耗效率的解决方案。利用动态长度、八级超标量结构、多事件管道及推断性乱序执行,能在频率超过1GHz的设备中,在每个循环下执行多达四条指令,同时还能减少目前主流八级处理器的成本并提高效率。
今年上半旬,MIPS推出新型RISC的32位MPU内核,该IP核包含一个超标量体系结构以及用于一系列高性能应用的乱序技术。MIPS32 74K产品线由 两个可合成的1.04GHz内核74Kc和74K组成。74Kc是基本整数核,而74Kf则是整型核与高性能浮点单元的结合。74 k以TSMC的65nm工艺技术为基础,由一个超标量体系结构及具备增强型DSP指令的17级管线架构构成。
同时,今年内Intel推出用于嵌入式计算的第一个四核处理器Quad-Core Xeon处理器5300系列。 Xeon E5335和E5345具有双处理能力,提供8MB L 2高速缓存,前端总线速度为1333MHz。E5345的运行频率为2.33GHz,E 5335的运行频率为2GHz,适用于高端通信、企业系统内的密集计算和I/O密集工作量,包括机架安装服务器和刀片服务器、NAS、SAN和医疗成像设备等。
针对汽车应用,飞思卡尔和位于法兰克福的大陆汽车系统EBS事业部联合设计了一款高性能、多核微控制器,优化了EBS应用。SPACE设备在Power Architecture技术的基础上集成了3个e200内核,使其成为业界第一款三核汽车MCU。这款高度集成的SPACE设备包含3 MB的闪存、96kB的SRAM、先进的FlexRay技术和大陆汽车独特的故障安全技术,满足了安全完整性水平3 (SIL3 )应用的所有要求。
除各大厂商外,新创公司也将其注意力投向多核领域,期望以其独特方案,抢占多核市场。
新创公司Tilera的首席技术专家Anant Agarwal长期在麻省理工学院(MIT)从事多内核研究工作,在最近的热门芯片大会上,Tilera发布了大规模并行通用嵌入式处理器。Tile64中的每个内核实际上支持五个并行的32位信道,这些信道分别传输中断、内存、I/O以及其它数据流。由于64个内核中的每个核之间有五个双向连接,该芯片能支持32Tbps的总带宽。
同为新创公司的Cavium则为存储和通讯市场推出了嵌入式处理器系列,该系列基于MIPS的64位架构,由包括从2个内核到12内核的7款器件组成,提供存储应用加速、10Gb XAUI、PCI Express和双DDR2存储器等功能,应用范围包括光纤通道、以太网盘阵列、RAID控制器、多协议开关和iSCSI适配器。
PCI Express DDR CPU DSP VLSI 相关文章:
- 安森美半导体完整时钟解决方案满足时钟市场更高要求(09-28)
- 安捷伦科技推出首款具有在线误码注入功能的PCI EXPRESS(01-11)
- 赛普拉斯凭借其业界最灵活的超低相位抖动解决方案(05-17)
- IDT 发布 1.5 伏特 PCI Express 时钟缓冲器系列(06-28)
- IDT 发布1.5V 时钟发生器和时钟多路复用器(10-13)
- 飞兆半导体技术专家将在PCIM China 2009展会上发表演说(04-19)