針對異構多核的嵌入式軟件解決方案

異構多核架構即結合兩種或多種不同類型的微處理器或微控制器的架構。因其能夠提供更高的處理器性能、更有效的電源利用率，并且占用更少的物理空間，近來在嵌入式領域得到了大范圍推廣，特別是在強調整合功能性和連通性的高性能嵌入式設備方面。但是，與異構多核硬件平臺的發(fā)展速度相比，相應的軟件支持比較滯后。畢竟只有軟硬件兼具的解決方案才能充分發(fā)揮這一架構的優(yōu)勢，真正實現芯片的性能、面積、功耗之間的最佳組合。

針對這一現狀，Mentor推出了嵌入式軟件行業(yè)首款針對異構多核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（RTOS）、Android系統和裸系統應用的多操作系統設備進行設備配置、部署和系統優(yōu)化。

全面的異構多核嵌入式軟件解決方案

“異構架構可以為至少兩個不同類型的用于先進嵌入式系統設計的微處理器或微控制器提供多個操作環(huán)境。該任務不易實現，因為它需要功能性和連通性的無縫整合，這樣才能設計出高性能的嵌入式設備。”Mentor嵌入式軟件部門（ESD）運行解決方案資深產品經理Felix Baum介紹，“下一代SoC通過異構核來擴展目前的多核同構架構，促成獨特的嵌入式系統的發(fā)展。該系統的成功應用，超越了傳統的對稱多處理（SMP）和非對稱多處理（AMP）方法。”

傳統的開發(fā)方式不適合異構系統，因為設計師需解決如下挑戰(zhàn)：如何在處理器上配置和部署多個操作系統和應用程序；如何協調使用微處理器和微控制器，從而高效啟動多個操作系統；如何在多核處理器或異構處理器間的獨立子系統之間進行通信。這些都為設計師的工作增加了一定的難度。

“Mentor的集成設計解決方案具有獨特的定位，便于嵌入式開發(fā)人員在研發(fā)過程中充分利用這些復雜的異構SoC.”FelixBaum表示，“該方案涵蓋了為多操作系統設備提供設備配置、部署和系統優(yōu)化等功能，而所謂的多操作系統則包括Linux平臺、實時操作系統（RTOS）以及裸系統應用-本地執(zhí)行或基于Hypervisor執(zhí)行。”

Mentor異構多核系統嵌入式開發(fā)方案（圖1）的新特征包括：支持Mentor嵌入式Linux、Nucleus RTOS和裸系統應用的remoteproc機制，有助于整個異構SoC多核操作系統和應用程序的配置、開發(fā)、部署和管理；在不同的操作系統中大規(guī)模應用VirtIO、rpmsg和多核通信應用程序接口（MCAPI），可為分離設備子系統提供有效的處理器間通信（IPC）；擁有圖像調試和性能分析工具，能夠在操作系統和應用層面提供整個系統的同步視角。

圖1：Mentor針對異構多核嵌入式軟件開發(fā)的全面解決方案。

據了解，Mentor Embedded Hypervisor是針對嵌入式應用程序和智能連接設備而特別研發(fā)的占用內存小的Type1型虛擬機產品，借助這一嵌入式系統，研發(fā)人員可將應用程序集成和整合到多核處理器上，并利用ARM TrustZone技術，開發(fā)出高性能的嵌入式系統。

針對OMAP5的應用案例

德州儀器（TI）的OMAP5是典型的異構多核處理器平臺（圖2），它集成了2個ARM Cortex-A15和2個ARM Cortex-M4內核，專為驅動移動計算設備和消費產品而設計。

圖2：在TI OMAP 5上部署異構多核系統的應用案例。

在TI OMAP 5上部署Mentor的異構多核系統的應用案例中，Mentor的嵌入式虛擬機覆蓋了兩個Cortex-A15內核，先運行虛擬機，再運行兩個嵌入式Linux操作系統（一個Linux操作系統負責用戶界面，另一個負責與遠端的通信）。

此外，一個Cortex-M4負責收集實時數據，運行Nucleus實時操作系統，這屬于相對比較簡單的應用，因此不需要虛擬機進行管理。而另一個M4內核可以負責電源管理或傳感器管理等，在本案例中未進行體現。

Felix Baum強調，這一系統部署非常靈活，虛擬機運行什么系統可以根據具體情況來安排。而不同核之間的通信機制有VirtIO、rpmsg（IPC）和remoteproc等，既保證了系統的高速運行，也保證了私有系統之間的保密性。在與TI的合作中，將Mentor的嵌入式軟件技術與TI的多核器件相結合，創(chuàng)建了一個理想的生態(tài)系統，便于客戶輕松開發(fā)出尖端的產品。

“目前Mentor的解決方案僅適用于基于ARM內核的異構多核嵌入式系統開發(fā)。除了處理器產品，我們同時也在積極和FPGA廠商合作，會盡快推出適用于SoC FPGA產品的解決方案。”FelixBaum說。