目前的软/硬件实际情况
由于种种原因,大多数嵌入式处理系统都是以处理器为核心,很大程度上是因为设计人员希望尽可能多地使用传统代码,从而提高工作效率。大多数设计团队也会预见到,市场部或企业其他部门肯定会提出修改要求,这种修改可能导致项目延迟,影响工作效率。赛灵思可扩展式处理平台的核心就是将基于 ARM 处理器的一般性基础 SoC 作为“主设备”,配合提供高度灵活性、可配置性和高性能的可编程逻辑,发挥最新的低成本低功耗 28 nm 工艺技术的优势。
2010 年 2 月,赛灵思宣布[i],该公司正在构建采用 28 nm 高介电层/金属闸 (HKMG)、高性能低功耗工艺技术的全新一代 FPGA。选择这一工艺技术将帮助赛灵思推出大幅降低功耗的FPGA,并发挥新一代技术的高级“可用性能”[ii],而这在以前是不能实现的。
在许多高性能微处理器中,最重要的设计特性就是原始内核速度。相比较而言,FPGA 能以较低的转换速率执行高性能数据处理,设计人员可利用 FPGA 架构自身的并行处理优势,在时钟运行速率比输入输出线速低很多的情况下实现较宽的数据路径。在器件容量提升2倍的情况下,28 nm 技术可实现更高的流水线和并行处理能力,在可接受的g功耗预算范围内进一步提升内核性能。这类似于微处理器向多核设计发展的趋势,也就是说,每个内核的工作速率降低,但多核并行工作,仍能比单核高速工作实现更高的性能。
赛灵思的所有 28nm 可编程逻辑都采用一体化的 ASMBL™架构,将支持所有低成本、高性能产品系列间以及可扩展式处理平台上的设计移植。就处理器而言,作为基础的通用SoC 将提供人们所熟悉的“处理器首先启动”处理平台,并支持:
· 通过在双核配置中使用 ARM Cortex™-A9 MPCore™ 支持高性能低功耗通用应用处理器。
· 支持常用的和必需的通信接口,如千兆以太网和 CA,以及外设和器件接口(USB、 SDIO、I2C、SPI、UART)。
· 动态存储器的存储接口,如满足启动及其它非易失存储需求的 DDR 类型存储器和闪存
· 使用 ARM AMBA®-AXI 的高性能现代化 SoC 互联机制,确保不同 SoC 组件和存储器等之间能实现低时延和高吞吐量。
可扩展式处理平台架构这种以处理器为核心的方法使嵌入式软件开发人员能够移植代码,因为他们可以使用支持 ARM处理器的业界标准操作系统 (OS),以及他们熟悉的使用 ARM® RealView® 及相关第三方工具、基于 Eclipse 的 IDE、GNU、赛灵思软件开发套件等其它工具的软件开发与调试环境。
正如 FPGA 目前在系统中用于执行协处理工作一样,赛灵思可扩展式处理平台使设计团队能通过可编程逻辑扩展系统功能,执行 ARM生态系统成员和赛灵思开发的专用加速器和外设以及定制加速器和外设功能。Xilinx Platform Studio (XPS) 工具套件作为 ISE® 设计套件的一部分,可用来开发并调试器件的可编程逻辑部分,并帮助硬件设计人员创建和实施AMBA® 支持的 IP 模块,从而扩展处理器系统性能,这就是赛灵思所说的“可插接IP (Socketable IP)”,也是推动赛灵思与 ARM 合作定义 AXI4 互联协议 AMBA 4 规范的关键因素。[iii]
可扩展式处理平台的共同开发流程使系统架构师、逻辑设计人员和软件开发人员能够用他们熟悉的编程环境并行开展工作,这就是说,他们不仅能就系统功能与性能尽早做出关键分区决策,而且还可在整个开发过程中轻松进行修改。[iv] 举例来说,Cortex-A9 可控制可编程逻辑实施的定制外设的数据传输。开发人员可运行协仿真来检测给定功能在硬件中的运行速度是否比在软件中运行得快,也能决定是否在硬件中采用特定软件来加速功能。这样,我们就能在处理器代码中释放出更多空间,用于执行其他命令。不过,现在作架构决策不只是硬件设计师的事,软件开发人员也有机会决定器件的工作方式。
展望未来
下一步,赛灵思及其合作伙伴将开发全套通用标准化加速器和外设以及相关驱动程序和API,进一步帮助软件和系统开发人员在减少硬件设计工程师参与协助的情况下向设计方案添加功能。许多加速器和外设将以 IP 核的形式出现,配合赛灵思实现目标设计平台战略,提供嵌入式开发工具、方法、IP 和技术支持。
为了进一步提高从软件代码向硬件转变的优势,赛灵思还与 “C 语言到 FPGA” 编译器流程的重点厂商合作,共同为嵌入式软件和系统开发人员提供用 C 语言方便构建处理器函数的方式,并将其移植到可编程逻辑扩展模块(通过 C 语言到 FPGA 综合)。赛灵思是BDTI 高级统合工具认证计划的支持者。软件开发人员能使用自己最喜爱的商业开发工具,同时赛灵思也将提供自己基于 GNU 的编译器、调试器和驱动程序,并为常用的商业开发工具提供开放式支持。
今天宣布推出的产品标志着赛灵思将开始与客户、合作伙伴以及其他第三方厂商展开合作,共同帮助系统架构师对适用于新一代嵌入式系统的可选设计方案进行评估。赛灵思将于2011年年中公开发布采用可扩展式处理平台构建的相关产品系列的详细信息,敬请期待。