对汽车片上系统采用双核架构

不管单核的运行频率有多高，在执行多个任务时，它始终存在性能瓶颈和一些挑战。以较高频率运行的单核会消耗更多的功率。因此，单核架构无法满足超低功率应用的需求。与基于单核的架构相比，基于双核的SOC架构在性能和功率消耗方面实现了更好的平衡。

因此，双核SoC目前已经被大量应用于汽车设计。除了提供比单核更高的性能外，基于双核的架构还被用于安全应用。安全性是汽车制造商比较关心的主要问题之一。随着更多复杂应用的引入，硬件或软件出现故障的机率也大大增加。汽车的设计必须足够可靠，从而能够检测出任何故障并采取相应的修复措施。基于双核的SoC的架构优势也使它们受到安全应用的青睐。

　　异构双核架构：

顾名思义，异构架构具有两个不同的内核：由于这种架构含有两个内核，并且这两个内核分别使用了较高和较低的配置，因此较小的内核也被称为协处理器。其中，主内核用于执行批量应用处理，而较小的内核用于处理一些不太复杂的操作，比如持续在I/O上发送数据。因此即使有第二个内核存在，由于它的作用是支持或补充主内核，因此仍称为协处理器。

图1显示了MPC5668G的架构： 面向网关应用的双核32位MCU。它提供了2个e200系列内核，采用PowerPC架构。E200z6充当主内核，而E200z0充当协处理器。E200z6内核支持浮点单元(FPU)、信号处理设计(SPE)、内存管理单元(MMU)等，而e200z0内核要远远小于E200z6内核，因此支持的功能也较少。

这两个内核都可以访问所有内存和外围设备以及其他“总线主控制器”，如FlexRay控制器和eDMA。交叉开关用于控制接入和仲裁。到单从端口的并行请求通过循环仲裁或固定优先级仲裁来进行。中断控制器进行了增强，可以将中断路由到任意或全部两个内核。

在SoC复位后，只有主内核e200z6启动。 主内核通过在SoC定义的寄存器中写入密匙来将z0内核从复位状态中释放。一旦z0内核启动，它就可以用于各种功能并为z6内核提供支持。z0内核在启动后可以独立于主内核运行，并且可以用于执行大量任务，比如在不同SoC之间通信，I/O处理等等。因此，它减轻了主内核的负载并释放了自身的带宽。

除内核外，其他任何IP或外围设备都没有冗余。 也就是说，这两个内核共享SoC中的其余模块。例如，两个内核的代码(应用/调试)将存储在同一个闪存中，在代码处理期间使用相同的SRAM和同一个SRAM控制器。 对共享外围设备的访问由信号量控制。信号量在这里发挥了关键作用，是双内核SoC中不可或缺的部分，本文后面将进行详细介绍。

　　协处理器方法可以用于各种应用

• 用于执行一个复杂函数，该函数可以在主内核需要时得到调用。这使得主内核可以释放一些带宽来执行其他应用。通过这种方式，代码可以被分布到两个内核中，从而减轻主内核的负载。

• 在一些安全应用中，协处理器可以用于对主内核执行的流程执行错误检查。

• 预处理来自FlexRay和FEC等高速网络中的数据。

• 在软件中模拟某些IP的功能，并由协处理器执行。

　　同构双核架构：

同构双核架构在SoC中采用两个类似的内核。这两个内核可以是运行相同代码和应用的同步内核，也可以是异步的，即每个内核都运行不同的代码功能或不同的应用。

同步双核中的这两种不同配置被称为锁步模式(LSM)和去耦处理器模式(DPM)

飞思卡尔的MPC564xL系列微控制器基于32位PowerPC架构，通过在一个双核芯片中内置关键的安全特性减少了设计复杂性和组件总数，这个双核芯片可以在锁步模式(冗余处理和计算)和去耦并行模式(独立内核运行)之间静态转换。

　　锁步模式(LSM)架构：

下一代汽车设计越来越注重安全需求。即使是采用单核架构的汽车SoC也开始包含越来越多的安全特性，比如使用错误校正码(ECC)保护内存、内存保护单元(MPU)、FlexRay通信通道等等。设计LSM架构的目的是为了实现最高程度的安全性。

在LSM中，两个内核以锁步模式运行。两个内核在任何时候都运行/执行相同的指令。 在执行完每条指令后，将对两个内核的执行结果进行比较。如果在两个通道的输出中发现任何不一致的地方，那么将由硬件标识为故障，SOC将进入已定义的安全模式。虽然不属于标准的双核，但是在锁步模式下让两个内核运行相同的软件可以满足安全需求。

在这种架构下将复制大量IP，这些IP形成了复制区域(SoR)。将对所有这些IP的输出进行检查，确保在周期内执行的相同操作和事务都是准确和匹配的。输出中的冗余校验器可以检测故障并使SoC采取相应的纠正操作。

　　复制区域(SoR)概念：

SoR中只包含关键的微处理器组件。其中包括CPU内核