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新興的無線連接技術促使更多產品向新一代商務及家庭網絡應用方向發展。因此，網絡市場中的用戶終端設備（CPE：customerpremisesequipment）部分，也正朝著消費市場的狀態轉變。 CPE產品的成功，需要由一個設計平臺及靈活的產品開發流程來支撐，以滿足各種新興網絡協議的性能需求，加快研發進程，最終提供經濟而節能的終端產品。 圖1網絡市場中設備數量分布 技術發展動力 對網絡設備而言，日益增長的帶寬需求是最為顯著的技術發展動力。曾有人指出帶寬正以類似于摩爾定律的方式增長，如：客戶端的帶寬每18-24個月增加一倍，而核心/光纖帶寬約每8月增長一倍[2]。然而，日益增長的帶寬需求并不是唯一促進技術發展的原因。對CPE的功能及智能性需求的增長也是另一種驅動因素，因此，單單采用更大更快的處理器并不是最為有效的方案。 更多功能的集成、增強的安全性和多種協議的發展等都將使CPE產品越來越復雜。不同協議的交換處理是眾多CPE應用產品的普遍需求。如：無線局域網接口設備中的核心功能是在以太網和多種IEEE802.11接口標準間進行轉換。產品需求中可能會需要接口設備能夠提供多種接入點，以支持管理多種格式數據流的需求。 即使網絡產品不是便攜式的，低功耗也非常重要。低功耗設計可以降低對外殼及印刷電路板（PCB）制造的限制，也無需電扇散熱。除去了這些問題，設計的可靠也將大大提高。 圖2將各類產品集中使用的思路促使應用產品往集成化方向發展 為了達到優良的實時性能，處理器應能有效地管理中斷，并同時具備足夠的數據處理能力。上下文的切換也是關鍵的需求，具有在中斷服務程序和任務模式編碼之間有效切換的能力會帶來更佳的性能。當然，還應盡量減少中斷服務和進行上下文切換的延時。 這類產品中的存儲器管理是個需要仔細考慮的問題。完全的嵌入式系統通常運行在固定的程序集中，無需加入新的程序。這樣的應用產品并不需要帶有地址轉換的完整存儲器管理單元（MMU）。更簡單的存儲器保護單元（MPU）通常可以高效地運行實時操作系統（RTOS），允許多程序運行，進行上下文切換時開銷更少。含有MMU的內核進行中斷服務時可能比基于MPU的內核要低效一些，同時還需要為地址轉換設置更大的外部存儲器。 CPE產品正朝著家用消費品市場進軍。目前，市場競爭激烈，終端設備的價格便成為主要的競爭優勢。同樣地，縮短產品上市時間，也是提高市場占有率的重要優勢。客制化終端網絡設備將真正縮短推出系列產品的上市時間。市場需要一種既能節約開發費用，又能縮短研發時間，并且能簡便地開發系列產品的技術方案。 無論從商務或技術角度出發考察一個片上系統，都需要處理器方案能滿足多種網絡應中的特殊控制和信號處理需求。設計的技術需求表明，若處理器性能遠遠高于實際需求，即設計了太多不需要的功能，意味著將無端地增加產品成本；但一定的性能冗余和靈活性可以支持產品的后續發展，而無需進行更本性的重新設計。 總結上述兩個驅動因素，開發人員應能夠從技術和商業兩方面來衡量實現一個具體設備。 ARM在網絡設備中的應用 為了增加帶寬并擁有更復雜的協議數據交換能力，許多設計人員正考慮在設計中使用雙核。 CPE系統需要滿足多重的復雜控制需求。許多系統體系結構建立于單內核基礎上，管理高級別的功能，如進行系統配置操作和運行實時操作系統，而后與專用的狀態機集成，進行如數據包處理等操作。然而，這樣做使得設計和調試非常復雜，特別是設計含有多重私有狀態機時。 嵌入式軟件技術方案相較于復雜的私有硬件技術方案更易維護和推廣運用。嵌入式軟件技術方案能使用高級語言進行編程，使用眾所周知的程序員模式，并擁有大量具有豐富經驗的工程師作為后盾。 ASIC的集成度已經非常高，因而，CPU內核的面積非常小。用第二個或第三個處理器來代替以往用多重的獨立硬件模塊顯得更加經濟和實際。 在此種趨勢的推動下，ARM推出了集成了雙ARM946E-S微處理器內核的PrimeXsys雙內核平臺（946DCP）。 ARM946E-S特點 ARM946E-S內含有ARM9E-S?內核，為運行實時操作系統的嵌入式產品提供指令（I）、數據（D）高速緩存、緊密耦合存儲器（TCM）、寫緩沖器、存儲器保護單元（MPU）。指令和數據緩存和TCM緩存都是可配置的。存儲器體系結構令設計者可依據實際情況調整緩存和TCM大小。 ARM9E-S微處理體系結構提供了快速中斷響應和上下文切換功能。該體系結構非常合適用于如WindRiver的VxWorks或MentorGraphicsNucleus等小型實時操作系統（RTOS），非常適合于CPE設計。增強型DSP指令集可直接在CPU內核上運行，滿足一些DSP需求，不需要另外一個獨立的DSP處理器。 EDN嵌入式微處理器基準協會（EEMBC，www.eembc.org）提供了一套完整的嵌入式處理器測試標準。EEMBCNetmark?網絡基準是一套路由測試標準。其包含開路最短路徑第一（OSPF/Dijkstra）算法，數據包流路由基準，路由表算法等。該基準對處理器在網絡運用時實現的功能進行了模擬。 這套測試基準中包含壓縮的路由測試基準，用實際的IP幀結構執行數據打包和路由表查詢。該基準可使用不止一個長度的路由表，因而更為高效。這避免了合成測試基準中單一尺寸路由表的缺陷。ARM為ARM946E-S內核提供Netmark基準。在與ARM簽訂了NDA之后，您可獲得該基準。 PrimeXsys雙核平臺 PrimeXsys雙核平臺（圖3）提供了可擴展、預集成的基礎級IP，支持RTOS的直接運行。946DCP采用多層AMBA?片上總線體系結構，在交叉型AHB總線矩陣中支持多重總線管理，并提供非常高的帶寬。在946DCP中添加IP，可以用主、從方式訪問系統總線。相應地，AMBA外設總線（APB）為速度較慢的外設提供了更節能的片上系統連接方式。 每個內核內都含有向量中斷控制器（VIC）和嵌入式跟蹤宏單元（ETM?）。當內核全速工作時，ETM監控ARM指令和數據總線，在與跟蹤調試工具進行數據交換前，將數據暫存到MultiTrace?分析器中。 表1為946DCP中IP主要模塊的性能指標。 表1.雙核平臺模塊門數（單位：千門）半導體合作伙伴或系統集成商在946DCP基礎上可進行自身產品的開發，非常簡便，各公司可根據各種不同的需求制造各種產品。為硬件與其它IP集成提供多種總線主、從端口，PrimeXsys平臺負責處理軟硬件開發過程。ARM的PrimeCell庫中還包括了其他外設許多外設IP。 PrimeXsys平臺的另一個關鍵價值為：在CPU內核之上設立了新的IP標準，使第三方合作伙伴可以為PrimeXsys平臺提供不同的軟、硬件IP技術方案。 PrimeXsys技術基礎（圖3）提供了子系統級設計，包括CPU內核和其他預集成的部件，為開發特殊應用平臺提供穩定的基礎設計。預集成部件至少應使內核具有裝載操作系統的能力。在以雙核技術為基礎的情況下，在預集成模塊中添加邏輯功能，是實現如內核通信和調試等功能的必須條件。在其它基礎部件中綜合其他功能，適于創建子系統體系結構，無需將該基礎部件建為特殊用途的產品。 與硬件子系統相同，技術基礎包括子系統的軟件部分--并不只是指預移植的操作系統，也指驅動程序和軟件庫（對于特殊硬件模塊在基礎部件中的驅動非常必要）。 ARMPrimeXsys技術基礎將作為特殊應用的PrimeXsys平臺技術方案基礎。 雙核平臺刺激第三方公司開發軟硬件IP、提供如TCP/IP等功能（通過軟件協議堆棧）、安全處理如編/解碼運算法則、提供關鍵技術方案和許多其他應用軟件。 圖3.ARMPrimeXsys946雙核平臺 雙核性能 決定系統性能的一些主要的參數包括CPU性能、存儲器帶寬、系統總線帶寬、中斷響應延時等。 PrimeXsys雙核平臺體系結構可為多種CPE產品提供充足的存儲帶寬。表2所示為946DCP的存儲帶寬情況。 表2：PrimeXsys946DCP存儲帶寬。 *表2假設： 32位SDRAM AHB存取模式--70％讀、30％寫 所有存取以字進行 50％為四次觸發，30％為八次觸發，20％為16次觸發 存儲器存取： 50%bankopen,correctpage 30%bankclosed 20%bankopen,incorrectpage 表3.應用產品帶寬需求。 *表3條件： 平均帶寬采用PCMCIA和USB接口，或Ethernet和USB接口，并不需要并口。 應用產品帶寬需求如表3所述，提供了CPE接口的評估值。例如：存取點在802.11上，PCMCIA/USB1v1轉接口需要21.5MB/s的峰值帶寬，以太網和USB2v0接口需要平臺提供至少為92MB/s的峰值存儲帶寬。 PrimeXsys開發 PrimeXsys平臺的目的是為了將預集成的IP優勢發揮到極至。系統公司若要最大限度地體現平臺的價值，就必須提供在平臺上又快又準確地建立其他技術方案的方法。為了達到此上目的，PrimeXsys系統，包括其他一些測試基準，將保證開發進程非常快速，并能最終開發出高質量的設計產品。 AMBA的各項測試基準將確保把IP加載到AMBA總線的同時可完全連接并符合AMBA片上總線標準。測試基準，通常基于Verisity的測試基準自動控制語言E，迅速自動生成功能測試、數據檢測、功能覆蓋分析、HDL仿真控制。PrimeXsys測試基準提供系統集成和系統確認。 同時也提供軟件開發模型（SDM）。該開發模型包括：內核的指令集模擬器（ISS）、運行在ARMulator?測試環境下的附加IP模型（C語言）。雖然此種模式可運行RTOS，但模擬速度限制了ARMulator在實際應用產品測試時的速度。該環境對于驗證寄存器的完整性、驅動初始化和操作系統移植具有非常大的意義。 為了進一步加快系統對基于FPGA的開發板的仿真速度，在得到硅芯原型前應提供應用開發和測試的環境。 調試多核系統 對于應用產品來說，獲得雙核體系結構具有非凡的意義，但是，對許多設計人員來說，調試雙核系統仍將遇到許多難題。 無論何時，RTOS將執行若干線程。典型的應用產品將執行許多任務，如：編解碼、數據包處理等。若系統管理兩個通道，這將導致有一、兩個任務同時運行，可能在同核上，也可能在異核上。因此，RTOS可能在兩個核之間切換運行。 無論系統配置如何，成功的調試便是在各個階段都能跟蹤編碼執行情況，從開始執行任務，到發生中斷、上下文切換、數據處理。以不同的獨立調試系統調試獨立運行在不同核上的編碼是非常困難的。 PrimeXsys946DCP提供了針對復雜的多線程應用軟件進行聯合調試的方法。946DCP可在由多源（包括雙核、附加的IP等）產生的斷點處進行交叉觸發。設計者可使用觸發器設置觸發點和單步運行，調試非常簡單，就如同在調試一個單核系統。ARMRealView多核調試器結合了一個仿真器和一個調試器，可對ARM的多核系統進行內核的同步調試。 小結 CPE產品中的片上系統應具有優異的性能和低功耗特性，并能快速上市且開發費用低廉。CPE產品只有具有上述特性，產品才能獲得成功。ARM的PrimeXsys雙核平臺將能縮短產品上市時間、降低投資風險、帶來更具競爭力的片上系統技術方案基礎平臺。 通過類似于ARM體系結構的方法，把PrimeXsys平臺建立為業界標準，將使ARM的合作伙伴們通過與ARM的合作關系受益，同時可以從第三方持續獲得各類創新的軟、硬件IP。 |
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