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如今，芯片制造商接受ARM架構(gòu)已經(jīng)不再是什么新鮮事。ARM市場很好，ARM處理器很強大。即便是ASSP陣營對面的FPGA廠商也不斷試圖開辟ARM新戰(zhàn)場。10年前，Altera公司宣布推出了基于ARM9內(nèi)核的XA（Excalibur-ARM）系列；今年3月，Actel公司推出基于Cortex-M3內(nèi)核的SmartFusion FPGA。本周，Xilinx（賽靈思）則推出了基于ARM處理器的可擴展式處理平臺架構(gòu)。 雖然FPGA廠商一直與ASSP或ASIC唱對臺戲，但他們卻無法否認硬核處理器的市場優(yōu)勢。傳統(tǒng)上，F(xiàn)PGA需要硬件語言編程，但現(xiàn)實情況是，軟件工程師與硬件工程師數(shù)量的比例為10:1。雖然FPGA廠商不斷推出各種工具來簡化FPGA開發(fā)，但工程師們的習(xí)慣已經(jīng)形成，F(xiàn)PGA廠商順勢而為采納最流行的ARM架構(gòu)也在情理之中。 賽靈思稱，此平臺采用ARM處理器技術(shù)主要原因在于ARM的處理器發(fā)展規(guī)劃以及廣泛的生態(tài)系統(tǒng)，此外也包括 ARM 的業(yè)界領(lǐng)先地位和廣泛的客戶群。ARM已擁有200多家芯片合作伙伴以及500多份許可證和設(shè)計方案，在全球出貨量中有170億部器件均采用了ARM 技術(shù)。ARM 顯然已在處理器架構(gòu)領(lǐng)域占據(jù)世界級領(lǐng)先地位，其產(chǎn)品在嵌入式、主流和高性能應(yīng)用領(lǐng)域已廣受市場驗證。 賽靈思此次推出的以ARM處理器為中心的可擴展式平臺架構(gòu)如下圖所示。其主要特點包括：雙核Cortex-A9 MPCore處理器、28nm可編程邏輯和AMBA-AXI片上總線。這幾點的結(jié)合可實現(xiàn)極高的系統(tǒng)性能、靈活性和集成度。 
圖1：以ARM處理器為中心的可擴展式平臺架構(gòu) ARM Cortex-A9 MPCore處理器 賽靈思此平臺采用的是內(nèi)核速度高達800MHz的雙核Cortex-A9 MPCore處理器。2007年10月，ARM公司發(fā)布了Cortex-A9單核和Cortex-A9 MPCore多核處理器。Cortex-A9多核處理器是首款結(jié)合了Cortex應(yīng)用級架構(gòu)以及用于可擴展性能的多處理能力的ARM處理器，提供了下列增強的多核技術(shù)： •加速器一致性端口(ACP)，用于提高系統(tǒng)性能和降低系統(tǒng)能耗 •先進總線接口單元，用于在高帶寬設(shè)備中實現(xiàn)低延遲時間 •多核TrustZone技術(shù)，結(jié)合中斷虛擬，允許基于硬件的安全和加強的類虛擬解決方案 •通用中斷控制器(GIC)，用于軟件移植和優(yōu)化的多核通信 AMBA AXI4總線 隨著片上系統(tǒng)復(fù)雜程度和CPU處理能力的提高，總線結(jié)構(gòu)可能成為系統(tǒng)性能的瓶頸，尤其是在多處理器SoC 設(shè)計當(dāng)中。為解決總線瓶頸，ARM 公司于15年前提出提出了AMBA總線結(jié)構(gòu)。由于它的高性能以及ARM微處理器的廣泛應(yīng)用，AMBA已經(jīng)成為了SoC設(shè)計實際的總線標準。 AXI是AMBA中一個新的高性能協(xié)議。AXI技術(shù)豐富了現(xiàn)有的AMBA標準內(nèi)容，滿足超高性能和復(fù)雜的片上系統(tǒng)設(shè)計的需求。2010年3月10日，ARM公司推出了全新的AMBA 4第一階段規(guī)范，它包括一個對擴展的AXI互聯(lián)協(xié)議系列（包括AXI4、AXI4-Lite和AXI4-Stream）的定義。 AXI4協(xié)議可擴展用于滿足FPGA實施的需求。賽靈思參與了此規(guī)范的定義、制定及審議。AMBA AXI4使開發(fā)人員有可能將FPGA所能實現(xiàn)的高速并行處理性能與傳統(tǒng)處理器系統(tǒng)結(jié)合起來，達到前所未有的性能。借助AMBA，可編程邏輯能夠使用現(xiàn)成的IP和定制 IP，將關(guān)鍵的系統(tǒng)功能速度提升達100倍。這種架構(gòu)方法不僅能解決并行和串行計算環(huán)境、存儲器以及I/O之間的常見性能瓶頸問題，而且還能讓處理器系統(tǒng)實現(xiàn)包括動態(tài)重配置在內(nèi)的可編程邏輯配置控制。 綜上可見，賽靈思此平臺理論上超越了單純的ARM架構(gòu)ASSP。在性能上，它可以同時利用串行和并行處理；在可擴展方面，由于集成了可編程邏輯，它為用戶提供了更高的靈活性，可實現(xiàn)產(chǎn)品的高度差異化；在集成度方面，它采用臺積電最新高介電層/金屬閘 (HKMG)、高性能低功耗28nm工藝，集成度更高，芯片占位面積更小，功耗更低。 應(yīng)用示例 該平臺的目標市場包括汽車輔助駕駛、智能視頻監(jiān)控、工業(yè)自動化、航天與國防以及新一代無線應(yīng)用等。 在汽車駕駛輔助 據(jù)國際汽車制造商協(xié)會數(shù)據(jù)，70%的汽車撞人事故發(fā)生在夜間，60%的頭部撞車事故可通過縮短0.5 秒的響應(yīng)時間而避免，30%的駕駛員死亡事故源于疲勞駕駛。這些損失可以通過更智能的汽車駕駛輔助系統(tǒng)降至最低。全集成駕駛輔助系統(tǒng)將包括車道偏離警告系統(tǒng)、碰撞避免系統(tǒng)、盲點檢測、自動巡航控制、夜視和自動泊車系統(tǒng)等。這樣的系統(tǒng)對處理器的性能、成本和功耗要求很高。賽靈思稱，ASSP+DSP的多芯片方案在成本方面余度不大，功耗方面則不能滿足要求，而賽靈思的可擴展平臺則完全沒有問題（如下面兩圖所示）。
圖2：基于多芯片的汽車駕駛輔助系統(tǒng)方案
圖3：基于賽靈思的可擴展平臺的汽車駕駛輔助系統(tǒng)方案 智能視頻監(jiān)控 智能視頻監(jiān)控市場發(fā)展迅速。最新的智能視頻分析技術(shù)可自動監(jiān)控視頻圖像并作出正確決策，降低出錯率。這樣的系統(tǒng)往往備有全色彩高清視頻攝像頭，處理能器能力要達到3100 DMIP，實時數(shù)字信號處理達到49GMAC，存儲器帶寬要達到2240MB/s。賽靈思稱，多芯片方案的成本較高，功耗則無法滿足要求，而賽靈思的可擴展平臺在兩項指標上都實現(xiàn)了相當(dāng)?shù)挠喽龋ㄈ缦旅鎯蓤D所示）。
圖4：基于多芯片的智能視頻監(jiān)控方案
圖5：基于賽靈思的可擴展平臺的智能視頻監(jiān)控方案 軟件支持 賽靈思稱，可擴展式處理平臺架構(gòu)這種以處理器為核心的方法使嵌入式軟件開發(fā)人員能夠移植代碼，因為他們可以使用支持 ARM處理器的業(yè)界標準操作系統(tǒng) (OS)，以及他們熟悉的使用 ARM RealView及相關(guān)第三方工具、基于 Eclipse 的 IDE、GNU、賽靈思軟件開發(fā)套件等其它工具的軟件開發(fā)與調(diào)試環(huán)境。該平臺使設(shè)計團隊能通過可編程邏輯擴展系統(tǒng)功能，執(zhí)行ARM生態(tài)系統(tǒng)成員和賽靈思開發(fā)的專用加速器和外設(shè)以及定制加速器和外設(shè)功能。Xilinx Platform Studio (XPS) 工具套件作為 ISE設(shè)計套件的一部分，可用來開發(fā)并調(diào)試器件的可編程邏輯部分，并幫助硬件設(shè)計人員創(chuàng)建和實施AMBA支持的IP模塊，從而擴展處理器系統(tǒng)性能。 下一步，賽靈思及其合作伙伴將開發(fā)全套通用標準化加速器和外設(shè)以及相關(guān)驅(qū)動程序和API，進一步幫助軟件和系統(tǒng)開發(fā)人員在減少硬件設(shè)計工程師參與協(xié)助的情況下向設(shè)計方案添加功能。許多加速器和外設(shè)將以IP核的形式出現(xiàn)，配合賽靈思實現(xiàn)目標設(shè)計平臺戰(zhàn)略，提供嵌入式開發(fā)工具、方法、IP 和技術(shù)支持。 為了進一步提高從軟件代碼向硬件轉(zhuǎn)變的優(yōu)勢，賽靈思還與 “C 語言到 FPGA” 編譯器流程的重點廠商合作，共同為嵌入式軟件和系統(tǒng)開發(fā)人員提供用 C 語言方便構(gòu)建處理器函數(shù)的方式，并將其移植到可編程邏輯擴展模塊（通過 C 語言到 FPGA 綜合）。賽靈思是BDTI 高級統(tǒng)合工具認證計劃的支持者。軟件開發(fā)人員能使用自己最喜愛的商業(yè)開發(fā)工具，同時賽靈思也將提供自己基于 GNU 的編譯器、調(diào)試器和驅(qū)動程序，并為常用的商業(yè)開發(fā)工具提供開放式支持。 賽靈思將開始與客戶、合作伙伴以及其他第三方廠商展開合作，共同幫助系統(tǒng)架構(gòu)師對適用于新一代嵌入式系統(tǒng)的可選設(shè)計方案進行評估。賽靈思稱，將于2011年年中公開發(fā)布采用可擴展式處理平臺構(gòu)建的相關(guān)產(chǎn)品系列的詳細信息。 |
