匯聚式處理器滿足擴(kuò)展性需求

當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中，基于MCU、DSP、FPGA及ASIC的解決方案占據(jù)了超過90%的市場份額，這些方案各自在成本、功耗、集成度以及開發(fā)環(huán)境支持上具有不同的特點(diǎn)，而單就設(shè)計的可擴(kuò)展性而言，DSP通常能提供比競爭性解決方案更強(qiáng)大的處理能力，為功能擴(kuò)展提供了足夠的性能裕量，而且基于軟件的實現(xiàn)方式具有無可比擬的靈活性和擴(kuò)展性優(yōu)勢。

近年來，隨著主流的DSP提供商在新產(chǎn)品中實現(xiàn)更多外設(shè)組件集成，以及功耗和成本的大大降低（部分DSP芯片低至5美元以下），DSP在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的競爭力日益提升。特別是融合了MCU在控制管理功能和DSP在算法實現(xiàn)上優(yōu)勢的匯聚式處理器，為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計工程師提供了極具吸引力的嵌入式系統(tǒng)方案選項。下面的內(nèi)容將以Blackfin匯聚式處理器為例，展示在幾類典型應(yīng)用中如何以可擴(kuò)展性取勝。

Blackfin處理器是目前市場上唯一的匯聚式處理器產(chǎn)品，是ADI公司基于由ADI和Intel公司聯(lián)合開發(fā)的微信號架構(gòu)，將32位RISC指令集和雙16位乘法累加信號處理功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在一起。該架構(gòu)適于全信號處理/分析能力，同時還可在單核器件或雙核器件上提供高效RISC MCU控制任務(wù)執(zhí)行能力。這種匯聚架構(gòu)可滿足當(dāng)前大多數(shù)系統(tǒng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、實現(xiàn)各種算法、通信功能的軟件實現(xiàn)以及對各種系統(tǒng)控制功能的支持。Blackfin的幾十個DMA通道和可靈活配置的高速緩存很好地滿足了眾多嵌入式系統(tǒng)對大運(yùn)算量、高數(shù)據(jù)吞吐率的要求，十級流水線使得Blackfin具有很強(qiáng)的指令并行執(zhí)行能力。

目前，Blackfin處理器擁有6大系列數(shù)十個型號的產(chǎn)品，產(chǎn)品系列之間良好的代碼兼容性可確保產(chǎn)品升級后的IP重用。與競爭解決方案相比，Blackfin處理器具有顯著的高性能優(yōu)勢，能確保基于Blackfin處理器的方案在進(jìn)行功能擴(kuò)展時擁有足夠的性能裕量。在集成的外設(shè)配置上，Blackfin處理器集成了廣泛的接口類型（UART、SPORT、SPI、TWI、GPIO等），部分型號的產(chǎn)品中集成了特定應(yīng)用所需的各種重要的外設(shè)，例如，工業(yè)應(yīng)用的PWM單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、支持電力線通信的IEEE-1588標(biāo)準(zhǔn)的模塊、支持程序和數(shù)據(jù)保密功能的Lockbox一次性可編程存儲器。

圖2：擴(kuò)展性超強(qiáng)的ADI Blackfin學(xué)習(xí)板。

Blackfin的可擴(kuò)展性應(yīng)用實例

可擴(kuò)展性意味著足夠的性能裕量

數(shù)碼相框是一種市場需求、應(yīng)用條件持續(xù)發(fā)展變化的一類產(chǎn)品，每一代產(chǎn)品通常在功能和性能上都有很大的差異性。上海世勤電子科技有限公司采用Blackfin BF52x處理器開發(fā)了具有全球領(lǐng)先特性的數(shù)碼相框產(chǎn)品。世勤電子選擇Blackfin處理器更看重該方案的可持續(xù)擴(kuò)展性，高達(dá)400MHz的主頻確保了處理器性能極大的裕量，他們可以根據(jù)未來客戶提出的功能需求，完全在現(xiàn)有的方案上迅速進(jìn)行擴(kuò)展，在甚至不改變?nèi)魏斡布O(shè)計的條件下即可快速低成本地推出新的產(chǎn)品。

實際上，Blackfin的開放通用架構(gòu)使得世勤電子在其數(shù)碼相框方案中實現(xiàn)了一個極富擴(kuò)展性的應(yīng)用軟件開發(fā)和運(yùn)行平臺，無論是世勤電子自身還是其客戶，均可在這個開發(fā)平臺上快速開發(fā)和部署了新的應(yīng)用，例如互聯(lián)網(wǎng)視頻(YouTube)、互聯(lián)網(wǎng)廣播等，極大地縮短開發(fā)周期，降低產(chǎn)品設(shè)計成本。而且，Blackfin處理器還專門針對音視頻應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，在處理器架構(gòu)、外設(shè)接口、指令結(jié)構(gòu)、內(nèi)存等方面能夠滿足數(shù)碼相框產(chǎn)品的未來需求。BF52x支持的Lockbox安全技術(shù)提供單次可編程片上存儲器，為執(zhí)行代碼與需要保護(hù)的數(shù)據(jù)提供安全處理環(huán)境，可以實現(xiàn)敏感操作和資料的保存，例如在線交易和加密圖片可以在上面進(jìn)行操作，這也是未來產(chǎn)品開發(fā)中可以深入利用的技術(shù)特性。

可擴(kuò)展性意味著設(shè)計靈活性

目前，智能電網(wǎng)建設(shè)的全球熱潮方興未艾，這為針對智能電網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)的智能電表揭開了一個巨大的市場。由于智能電網(wǎng)尚在建設(shè)初期，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和需求并不確定，因而，如何在把握當(dāng)前市場機(jī)遇的同時，適應(yīng)未來市場變動的需求成為廠商面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。西門子公司選用Blackfin處理器開發(fā)的智能電表很好地解決了上述問題，該產(chǎn)品不僅能夠滿足目前的設(shè)計要求，而且還為下一代能量管理技術(shù)、整合新型智能電網(wǎng)設(shè)備，以及推動為用戶提供可選的用電信用額度應(yīng)用作好了準(zhǔn)備。隨著未來標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，這些應(yīng)用只需通過電網(wǎng)即可下載到基于Blackfin的儀表部件中，從而實現(xiàn)在線的產(chǎn)品升級。

智能視頻分析是另外一類對方案靈活性要求很高的應(yīng)用。作為近年來才發(fā)展起來的一類熱門應(yīng)用技術(shù)，智能視頻算法并無任何標(biāo)準(zhǔn)可循，各企業(yè)的相關(guān)算法也是在不斷優(yōu)化中發(fā)展，而且不同的客戶的應(yīng)用需求和應(yīng)用環(huán)境都有很大的差異性，因此在方案選型時必須考慮平臺的可擴(kuò)展性，以滿足不同的應(yīng)用需求和“將來”的需求。這種擴(kuò)展性需求更看重的是方案設(shè)計的靈活性，當(dāng)前在智能視頻應(yīng)用中獲得廣泛使用的BF561雙核匯聚式處理器為用戶提供了極大的開發(fā)靈活性，可以針對不同的客戶需求進(jìn)行軟件優(yōu)化、修改，而硬件平臺保持不變或僅做很小改動。

本文小結(jié)

基于DSP的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方案為提高可擴(kuò)展性提供了良好的基礎(chǔ)，主要功能基于軟件實現(xiàn)的方式使產(chǎn)品設(shè)計具有極大的靈活性，而Blackfin處理器的高性能、豐富的外設(shè)集成則為產(chǎn)品的擴(kuò)展性提供了硬件保障。