本刊記者 蘆瀟靜

隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的飛速進(jìn)步和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展，多核處理器系統(tǒng)（簡稱多核系統(tǒng)）成為大勢所趨。多核系統(tǒng)分為同構(gòu)和異構(gòu)兩種體系結(jié)構(gòu)架構(gòu)。其中，異構(gòu)架構(gòu)是一種結(jié)合兩種或多種不同類型的微處理器或微控制器的架構(gòu)。這種架構(gòu)促成了整合功能性和連通性的高級嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，可用于生產(chǎn)高性能的嵌入式設(shè)備。但這種架構(gòu)在開發(fā)時(shí)面臨著眾多挑戰(zhàn)，比如如何根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)架構(gòu)，如何進(jìn)行配置和快速啟動，以及如何實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間的通信等等。采用傳統(tǒng)的開發(fā)方式很難解決這些問題，這也導(dǎo)致異構(gòu)系統(tǒng)強(qiáng)大的計(jì)算能力無法得到有效的利用。而軟件解決方案能夠?yàn)橛布镜母咝阅墚a(chǎn)品提供更多的可能，從而使得用戶可以更為充分地利用豐富的硬件資源，打造出更為完整的解決方案。

近日，Mentor Graphics公司率先推出了嵌入式軟件行業(yè)針對異構(gòu)多核芯片（SoC）開發(fā)的全面解決方案。該方案可為包括Linux平臺、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）和裸機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的多操作系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行設(shè)備配置、部署和系統(tǒng)優(yōu)化。

Mentor Graphics異構(gòu)多核方案的獨(dú)到之處

Mentor Graphics的異構(gòu)多核系統(tǒng)嵌入式開發(fā)方案具備一些新特征，可本地運(yùn)行或基于Hypervisor（虛擬化）運(yùn)行。這些特征包括：支持 Mentor嵌入式Linux、Nucleus RTOS和裸機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的remoteproc機(jī)制，有助于整個(gè)異構(gòu)SoC多核操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的配置、開發(fā)、部署和管理。

“Mentor Graphics的嵌入式軟件技術(shù)在市場上遙遙領(lǐng)先，加之從Texas Instruments引進(jìn)的先進(jìn)多核器件，二者的結(jié)合創(chuàng)建了一個(gè)理想的生態(tài)系統(tǒng)，便于客戶輕松開發(fā)出尖端的產(chǎn)品，”Texas Instruments公司營銷總監(jiān) Adrian Valenzuela表示，“對于復(fù)雜的多核異構(gòu)開發(fā)，Mentor有一套獨(dú)特而全面的解決方案?！?/p>

異構(gòu)多核SoC結(jié)合多核微處理器和多核微控制器，該系統(tǒng)的成功應(yīng)用超越了傳統(tǒng)的對稱多處理器（SMP）和非對稱多處理器（AMP）方法。Mentor Graphics最新集成解決方案可以幫助開發(fā)者應(yīng)對異構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)面臨的諸多挑戰(zhàn)，具體包括：在處理器上配置和部署多個(gè)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序；協(xié)調(diào)使用微處理器和微控制器，高效啟動多個(gè)操作系統(tǒng)；多核處理器中或異構(gòu)處理器間獨(dú)立子系統(tǒng)之間的通信；多個(gè)操作系統(tǒng)間的可視化交互。

實(shí)際應(yīng)用案例分析

如圖1所示，硬件平臺基于TI公司的OMAP5432。本應(yīng)用中，僅僅用到一顆Cortex-M4內(nèi)核。虛擬化在這里起到隔離和控制中心的作用，由它對Mentor嵌入式Linux和Nucleus RTOS進(jìn)行管理。這種“異構(gòu)處理器＋虛擬化”的實(shí)現(xiàn)方式，目前僅適用于ARM架構(gòu)處理器，但對同構(gòu)和異構(gòu)并無限制。

圖1

Hypervisor虛擬化實(shí)現(xiàn)有2種工作方式：TYPE 1，虛擬化軟件運(yùn)行在硬件上，可直接啟動（啟動時(shí)間為ms級），之后再啟動OS；TYPE 2，虛擬化軟件運(yùn)行在OS上，因此需要先啟動一個(gè)OS。Mentor解決方案采用的是TYPE 1方式，虛擬化軟件直接管理OMAP5432平臺的裸機(jī)資源，嵌入式Linux的啟動順序由用戶進(jìn)行設(shè)置。

在對該案例有了詳盡的了解后，嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會秘書長何小慶先生表示，多核處理器是計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)對高性能、低功耗挑戰(zhàn)的最佳選擇。Mentor Graphics的異構(gòu)多核軟件解決方案是目前商業(yè)嵌入式多核軟件傳統(tǒng)的SMP/AMP解決方案的一種擴(kuò)展和補(bǔ)充。Mentor Graphics的Hypervisor（虛擬化）軟件設(shè)計(jì)更加靈活和高效，在支持ARM TrustZone和OS引導(dǎo)管理方式等方面有一定的特色。

下一代SoC將通過異構(gòu)核來擴(kuò)展目前的多核同構(gòu)架構(gòu)，促成獨(dú)特的嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。Mentor Graphics對嵌入式軟件和集成的異構(gòu)多核開發(fā)解決方案的持續(xù)投資，將便于嵌入式開發(fā)人員在研發(fā)過程中充分利用這些復(fù)雜的異構(gòu)SoC。