滿(mǎn)足嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的多核處理器SoC設(shè)計(jì)

　　1. 這個(gè)架構(gòu)是兩套完全獨(dú)立的單處理器系統(tǒng)的簡(jiǎn)單擴(kuò)展，是通過(guò)將系統(tǒng)與通信元件連接在一起實(shí)現(xiàn)的。

　　2. 共享元件全部采用多端口(或者雙端口)結(jié)構(gòu)。這些元件的多端口特性使得每個(gè)處理器的系統(tǒng)總線(xiàn)在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)負(fù)載方面都獨(dú)立于其他總線(xiàn)。通過(guò)隔離各個(gè)處理子系統(tǒng)，您可以確保系統(tǒng)總線(xiàn)不會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)處理器的事務(wù)執(zhí)行而不能給另一個(gè)處理器或者外設(shè)使用。所有的多端口外設(shè)都在內(nèi)部完成不同端口上的訪(fǎng)問(wèn)仲裁。

　　3. 關(guān)鍵共享外設(shè)是多端口存儲(chǔ)器控制器(MPMC)。MPMC通過(guò)不同的端口接口訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器。多個(gè)處理器可以通過(guò)獨(dú)立端口連接到MPMC上。這種拓?fù)涫沟肞owerPC和MicroBlaze處理器能夠以最小的延遲和高帶寬同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器。MPMC目前最多可以提供8個(gè)端口，這樣就可以將三到四個(gè)處理器連接到一個(gè)外部存儲(chǔ)器上。

　　4. 這個(gè)架構(gòu)還可以在處理器之間共享內(nèi)部塊RAM存儲(chǔ)器。片上塊RAM共享是一種在處理器之間傳輸KB尺寸數(shù)據(jù)的高速方式。塊RAM的訪(fǎng)問(wèn)也可以是確定性的，這對(duì)于某些應(yīng)用而言是一個(gè)重要要求。

　　5. 除了共享存儲(chǔ)器外，還有另外2個(gè)內(nèi)核 - XPS Mailbox和XPS Mutex，它們可以提供形式簡(jiǎn)單的處理器間通信。XPS Mailbox內(nèi)核以同步或異步方式為兩個(gè)處理器提供低延遲、FIFO風(fēng)格的消息傳遞接口。它可用于直接傳送消息或者用于傳送共享存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的消息指針。您可以使用XPS Mutex內(nèi)核在2個(gè)處理器上為軟件共享資源(無(wú)論它們是片上資源還是片外資源)的訪(fǎng)問(wèn)進(jìn)行仲裁?？偟膩?lái)說(shuō)，這些內(nèi)核可幫助您在每個(gè)處理器上創(chuàng)建協(xié)作軟件程序。

　　6. 一些系統(tǒng)可能期望共享非多端口外設(shè)(比如UART、SPI或I2C)。這種情況需要在沒(méi)有連至外設(shè)的總線(xiàn)和連至外設(shè)的總線(xiàn)之間提供一個(gè)系統(tǒng)總線(xiàn)橋。圖1給出了一個(gè)在兩個(gè)處理器之間共享UART的總線(xiàn)橋的應(yīng)用情況。

　　7. 圖1特意指出PowerPC405是第一處理器，MicroBlaze是第二處理器，以說(shuō)明每個(gè)處理器的某些特性。然而，經(jīng)過(guò)很小的改動(dòng)就可以將任何一個(gè)處理器替換成其他的處理器。因此這個(gè)架構(gòu)可以在不同的處理器之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫轉(zhuǎn)換。

　　雖然圖1給出了推薦的整體多處理架構(gòu)，但是不同的約束可能需要您進(jìn)一步改善該架構(gòu)。例如，在邏輯面積和資源使用是關(guān)鍵考慮因素的系統(tǒng)中，所有處理器都可以連接到相同的系統(tǒng)總線(xiàn)上。雖然這降低了系統(tǒng)的確定性，增加了總線(xiàn)的運(yùn)行負(fù)載，但是它通過(guò)消除新的系統(tǒng)總線(xiàn)以及消除IP的多端口需求而節(jié)省了面積。

　　還可實(shí)現(xiàn)其他衍生架構(gòu)，例如在獨(dú)立系統(tǒng)總線(xiàn)上連接一個(gè)高性能處理器，或在共享系統(tǒng)總線(xiàn)上連接多個(gè)低性能處理器。您還可以通過(guò)利用多級(jí)橋連接處理子系統(tǒng)來(lái)創(chuàng)建層次化拓?fù)?。EDK所提供的各種工具和IP可以幫助你進(jìn)一步優(yōu)化這個(gè)基本拓?fù)洌钡狡錆M(mǎn)足您的需要為止。

　　其他考慮因素

　　通常情況下，多處理器架構(gòu)還需要考慮其他一些因素。例如，您需要在兩個(gè)處理器之間以非沖突方式定義存儲(chǔ)器映射。EDK提供的自動(dòng)地址生成工具將這一任務(wù)簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)單的按鈕操作。

　　您也需要考慮您的時(shí)鐘和復(fù)位網(wǎng)絡(luò)。您可以選擇給所有處理器提供相同速率的時(shí)鐘，或者讓每個(gè)處理器使用不同的時(shí)鐘域。同樣，您也可以將復(fù)位域定義在不同層次上，例如僅處理器復(fù)位、處理器子系統(tǒng)復(fù)位和系統(tǒng)復(fù)位。處理器必須獨(dú)立連至調(diào)試端口，從而能為每個(gè)處理器創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)立的調(diào)試進(jìn)程。

　　除了硬件因素，還需要設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，以便它們能夠協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)。這包括使用共享存儲(chǔ)器、消息傳遞以及一些常見(jiàn)的同步概念，例如屏障(barrier)和會(huì)合(rendezvous)等，從而使系統(tǒng)以可預(yù)測(cè)性和同步的方式運(yùn)行。市場(chǎng)上也有商用軟件?？梢蕴峁└呒?jí)的通信范例。