赛灵思试水ARM蓝海 - 单片机/处理器 - 电子工程师俱乐部

2dmin

如今，芯片制造商接受ARM架构已经不再是什么新鲜事。ARM市场很好，ARM处理器很强大。即便是ASSP阵营对面的FPGA厂商也不断试图开辟ARM新战场。10年前，Altera公司宣布推出了基于ARM9内核的XA（Excalibur-ARM）系列；今年3月，Actel公司推出基于Cortex-M3内核的SmartFusion FPGA。本周，Xilinx（赛灵思）则推出了基于ARM处理器的可扩展式处理平台架构。

虽然FPGA厂商一直与ASSP或ASIC唱对台戏，但他们却无法否认硬核处理器的市场优势。传统上，FPGA需要硬件语言编程，但现实情况是，软件工程师与硬件工程师数量的比例为10:1。虽然FPGA厂商不断推出各种工具来简化FPGA开发，但工程师们的习惯已经形成，FPGA厂商顺势而为采纳最流行的ARM架构也在情理之中。

赛灵思称，此平台采用ARM处理器技术主要原因在于ARM的处理器发展规划以及广泛的生态系统，此外也包括 ARM 的业界领先地位和广泛的客户群。ARM已拥有200多家芯片合作伙伴以及500多份许可证和设计方案，在全球出货量中有170亿部器件均采用了ARM 技术。ARM 显然已在处理器架构领域占据世界级领先地位，其产品在嵌入式、主流和高性能应用领域已广受市场验证。

赛灵思此次推出的以ARM处理器为中心的可扩展式平台架构如下图所示。其主要特点包括：双核Cortex-A9 MPCore处理器、28nm可编程逻辑和AMBA-AXI片上总线。这几点的结合可实现极高的系统性能、灵活性和集成度。


<ignore_js_op>





2010-4-30 16:49:18 上传
<strong>下载附件</strong> (26.27 KB)




</ignore_js_op>

图1：以ARM处理器为中心的可扩展式平台架构

<strong>ARM Cortex-A9 MPCore处理器</strong>

赛灵思此平台采用的是内核速度高达800MHz的双核Cortex-A9 MPCore处理器。2007年10月，ARM公司发布了Cortex-A9单核和Cortex-A9 MPCore多核处理器。Cortex-A9多核处理器是首款结合了Cortex应用级架构以及用于可扩展性能的多处理能力的ARM处理器，提供了下列增强的多核技术：

•加速器一致性端口(ACP)，用于提高系统性能和降低系统能耗
•先进总线接口单元，用于在高带宽设备中实现低延迟时间
•多核TrustZone技术，结合中断虚拟，允许基于硬件的安全和加强的类虚拟解决方案
•通用中断控制器(GIC)，用于软件移植和优化的多核通信

<strong>AMBA AXI4总线</strong>

随着片上系统复杂程度和CPU处理能力的提高，总线结构可能成为系统性能的瓶颈，尤其是在多处理器SoC 设计当中。为解决总线瓶颈，ARM 公司于15年前提出提出了AMBA总线结构。由于它的高性能以及ARM微处理器的广泛应用，AMBA已经成为了SoC设计实际的总线标准。

AXI是AMBA中一个新的高性能协议。AXI技术丰富了现有的AMBA标准内容，满足超高性能和复杂的片上系统设计的需求。2010年3月10日，ARM公司推出了全新的AMBA 4第一阶段规范，它包括一个对扩展的AXI互联协议系列（包括AXI4、AXI4-Lite和AXI4-Stream）的定义。

AXI4协议可扩展用于满足FPGA实施的需求。赛灵思参与了此规范的定义、制定及审议。AMBA AXI4使开发人员有可能将FPGA所能实现的高速并行处理性能与传统处理器系统结合起来，达到前所未有的性能。借助AMBA，可编程逻辑能够使用现成的IP和定制 IP，将关键的系统功能速度提升达100倍。这种架构方法不仅能解决并行和串行计算环境、存储器以及I/O之间的常见性能瓶颈问题，而且还能让处理器系统实现包括动态重配置在内的可编程逻辑配置控制。

综上可见，赛灵思此平台理论上超越了单纯的ARM架构ASSP。在性能上，它可以同时利用串行和并行处理；在可扩展方面，由于集成了可编程逻辑，它为用户提供了更高的灵活性，可实现产品的高度差异化；在集成度方面，它采用台积电最新高介电层/金属闸 (HKMG)、高性能低功耗28nm工艺，集成度更高，芯片占位面积更小，功耗更低。

<strong>应用示例</strong>

该平台的目标市场包括汽车辅助驾驶、智能视频监控、工业自动化、航天与国防以及新一代无线应用等。

<strong>在汽车驾驶辅助</strong>

据国际汽车制造商协会数据，70%的汽车撞人事故发生在夜间，60%的头部撞车事故可通过缩短0.5 秒的响应时间而避免，30%的驾驶员死亡事故源于疲劳驾驶。这些损失可以通过更智能的汽车驾驶辅助系统降至最低。全集成驾驶辅助系统将包括车道偏离警告系统、碰撞避免系统、盲点检测、自动巡航控制、夜视和自动泊车系统等。这样的系统对处理器的性能、成本和功耗要求很高。赛灵思称，ASSP+DSP的多芯片方案在成本方面余度不大，功耗方面则不能满足要求，而赛灵思的可扩展平台则完全没有问题（如下面两图所示）。


<ignore_js_op>





2010-4-30 16:49:19 上传
<strong>下载附件</strong> (19.98 KB)




</ignore_js_op>

图2：基于多芯片的汽车驾驶辅助系统方案


<ignore_js_op>





2010-4-30 16:49:19 上传
<strong>下载附件</strong> (15.04 KB)




</ignore_js_op>

图3：基于赛灵思的可扩展平台的汽车驾驶辅助系统方案

<strong>智能视频监控</strong>

智能视频监控市场发展迅速。最新的智能视频分析技术可自动监控视频图像并作出正确决策，降低出错率。这样的系统往往备有全色彩高清视频摄像头，处理能器能力要达到3100 DMIP，实时数字信号处理达到49GMAC，存储器带宽要达到2240MB/s。赛灵思称，多芯片方案的成本较高，功耗则无法满足要求，而赛灵思的可扩展平台在两项指标上都实现了相当的余度（如下面两图所示）。


<ignore_js_op>





2010-4-30 16:49:19 上传
<strong>下载附件</strong> (16.23 KB)




</ignore_js_op>

图4：基于多芯片的智能视频监控方案


<ignore_js_op>





2010-4-30 16:49:18 上传
<strong>下载附件</strong> (14.82 KB)




</ignore_js_op>

图5：基于赛灵思的可扩展平台的智能视频监控方案

<strong>软件支持</strong>

赛灵思称，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。该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。

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。

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。赛灵思称，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。