本刊記者 蘆瀟靜
隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的飛速進步和計算機體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展,多核處理器系統(tǒng)(簡稱多核系統(tǒng))成為大勢所趨。多核系統(tǒng)分為同構(gòu)和異構(gòu)兩種體系結(jié)構(gòu)架構(gòu)。其中,異構(gòu)架構(gòu)是一種結(jié)合兩種或多種不同類型的微處理器或微控制器的架構(gòu)。這種架構(gòu)促成了整合功能性和連通性的高級嵌入式系統(tǒng)開發(fā),可用于生產(chǎn)高性能的嵌入式設(shè)備。但這種架構(gòu)在開發(fā)時面臨著眾多挑戰(zhàn),比如如何根據(jù)實際需求設(shè)計架構(gòu),如何進行配置和快速啟動,以及如何實現(xiàn)各系統(tǒng)間的通信等等。采用傳統(tǒng)的開發(fā)方式很難解決這些問題,這也導(dǎo)致異構(gòu)系統(tǒng)強大的計算能力無法得到有效的利用。而軟件解決方案能夠為硬件公司的高性能產(chǎn)品提供更多的可能,從而使得用戶可以更為充分地利用豐富的硬件資源,打造出更為完整的解決方案。
近日,Mentor Graphics公司率先推出了嵌入式軟件行業(yè)針對異構(gòu)多核芯片(SoC)開發(fā)的全面解決方案。該方案可為包括Linux平臺、實時操作系統(tǒng)(RTOS)和裸機系統(tǒng)應(yīng)用的多操作系統(tǒng)設(shè)備進行設(shè)備配置、部署和系統(tǒng)優(yōu)化。
Mentor Graphics的異構(gòu)多核系統(tǒng)嵌入式開發(fā)方案具備一些新特征,可本地運行或基于Hypervisor(虛擬化)運行。這些特征包括:支持 Mentor嵌入式Linux、Nucleus RTOS和裸機系統(tǒng)應(yīng)用的remoteproc機制,有助于整個異構(gòu)SoC多核操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的配置、開發(fā)、部署和管理。
“Mentor Graphics的嵌入式軟件技術(shù)在市場上遙遙領(lǐng)先,加之從Texas Instruments引進的先進多核器件,二者的結(jié)合創(chuàng)建了一個理想的生態(tài)系統(tǒng),便于客戶輕松開發(fā)出尖端的產(chǎn)品,”Texas Instruments公司營銷總監(jiān) Adrian Valenzuela表示,“對于復(fù)雜的多核異構(gòu)開發(fā),Mentor有一套獨特而全面的解決方案?!?/p>
異構(gòu)多核SoC結(jié)合多核微處理器和多核微控制器,該系統(tǒng)的成功應(yīng)用超越了傳統(tǒng)的對稱多處理器(SMP)和非對稱多處理器(AMP)方法。Mentor Graphics最新集成解決方案可以幫助開發(fā)者應(yīng)對異構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計時面臨的諸多挑戰(zhàn),具體包括:在處理器上配置和部署多個操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序;協(xié)調(diào)使用微處理器和微控制器,高效啟動多個操作系統(tǒng);多核處理器中或異構(gòu)處理器間獨立子系統(tǒng)之間的通信;多個操作系統(tǒng)間的可視化交互。
如圖1所示,硬件平臺基于TI公司的OMAP5432。本應(yīng)用中,僅僅用到一顆Cortex-M4內(nèi)核。虛擬化在這里起到隔離和控制中心的作用,由它對Mentor嵌入式Linux和Nucleus RTOS進行管理。這種“異構(gòu)處理器+虛擬化”的實現(xiàn)方式,目前僅適用于ARM架構(gòu)處理器,但對同構(gòu)和異構(gòu)并無限制。
圖1
Hypervisor虛擬化實現(xiàn)有2種工作方式:TYPE 1,虛擬化軟件運行在硬件上,可直接啟動(啟動時間為ms級),之后再啟動OS;TYPE 2,虛擬化軟件運行在OS上,因此需要先啟動一個OS。Mentor解決方案采用的是TYPE 1方式,虛擬化軟件直接管理OMAP5432平臺的裸機資源,嵌入式Linux的啟動順序由用戶進行設(shè)置。
在對該案例有了詳盡的了解后,嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會秘書長何小慶先生表示,多核處理器是計算機產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)對高性能、低功耗挑戰(zhàn)的最佳選擇。Mentor Graphics的異構(gòu)多核軟件解決方案是目前商業(yè)嵌入式多核軟件傳統(tǒng)的SMP/AMP解決方案的一種擴展和補充。Mentor Graphics的Hypervisor(虛擬化)軟件設(shè)計更加靈活和高效,在支持ARM TrustZone和OS引導(dǎo)管理方式等方面有一定的特色。
下一代SoC將通過異構(gòu)核來擴展目前的多核同構(gòu)架構(gòu),促成獨特的嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。Mentor Graphics對嵌入式軟件和集成的異構(gòu)多核開發(fā)解決方案的持續(xù)投資,將便于嵌入式開發(fā)人員在研發(fā)過程中充分利用這些復(fù)雜的異構(gòu)SoC。