Intel 嵌入式處理器相關知識簡介

Intel嵌入式處理器是目前最強勁的移動處理器，廣泛應用于PDA、智能手機、PMP等嵌入式產(chǎn)品中。經(jīng)過多年的發(fā)展Intel 嵌入式處理器的種類繁多，功能也更加強勁。英特爾(Intel)公司是PC、服務器和筆記本電腦市場上桌面處理器和芯片組的領先供應商。除了上述市場以外，英特爾還積極將業(yè)務擴展到包括嵌入式應用和電信市場在內(nèi)的其它市場領域。本文介紹Intel 嵌入式處理器相關知識。

Intel Pentium 4 嵌入式處理器系列

Intel Pentium 4 處理器和Intel Pentium 4 -M 處理器在嵌入式市場中的應用發(fā)展很快。Intel Pentium 4 處理器和Intel Pentium 4 -M 處理器對于為交互式客戶終端設備、通信、工業(yè)自動化等垂直市場中的應用提供解決方案非常理想。Intel Pentium 4 -M 處理器為那些散熱要求更為苛刻的應用，如Compact PCI主板、刀片式服務器、1U通信設備和交互式客戶端設備，提供了功耗更低的解決方案。針對嵌入式市場，英特爾Pentium 4處理器有多種時鐘頻率(1.7、2、2.4和2.6 GHz)，從而使其可滿足目前幾乎所有應用計算的要求。

Intel Pentium 4 處理器系列采用了Intel NetBurstTM微架構。Intel Pentium 4 處理器可以使用Intel 845、Intel 845E 和Intel 845GV 芯片組。Intel Pentium 4-M 處理器可使用Intel 845E芯片組。Intel 845 和845E 芯片組可支持高達 2GB單通道 (DDR 200 或DDR 266) ECC DDR存儲器。英特爾公司開發(fā)了針對845E芯片組的可調穩(wěn)壓器設計指南，從而可在單個平臺中同時支持Pentium 4 處理器和Pentium 4-M 處理器。這意味著更換處理器時只需要更換主板上的穩(wěn)壓器模塊就可以了，或者如果采用電壓可調的穩(wěn)壓器，只需要調節(jié)穩(wěn)壓器電壓就可以了。這樣就可以在單個平臺上同時支持兩種類型的處理器?？烧{電壓設計指南中為相應的嵌入式平臺提供了更大的靈活性。

Intel XeonTM處理器和低功電壓Intel Xeon處理器

集成有 512 KB L2 cache 的Intel Xeon處理器采用了Intel NetBurst微架構和超級線程技術，因此可為那些需要最高處理性能的通信應用提供高性能的解決方案。此類通信應用包括Web服務器、存儲(NAS、SAN)、搜索引擎、電信服務器、網(wǎng)絡管理、安全性、語音和負載平衡等等 。低電壓Intel Xeon處理器還具有更低的熱設計功率(TDP)，從而使其非常適合用于熱敏感的空間受限制的環(huán)境。這兩種處理器都可采用單處理器或雙處理器配置。配合 Intel E7500/E7501 芯片組可以提供極高的存儲器帶寬、超大存儲器空間以及高I/O性能。例如，可支持兩個DDR通道和最大16 GB存儲器空間，6個PCI-X總線可支持多個千兆位以太網(wǎng)端口。此外，基于Intel E7500芯片組的平臺還可提供通信設備和基礎設施所需要的RASUM(可靠性、可用性、可維護性、可用性和可管理性)功能。這些功能包括：針對存儲器的采用 Chipkill技術的ECC、為所有高性能I/O提供ECC、在所有關鍵部件上通過SMBus目標接口提供帶外可管理能力、存儲器刷新和自動初始化、處理器熱監(jiān)控和熱插撥PCI。

對于嵌入式應用來說， Intel Xeon 處理器還提供 2.0 和2.4 GHz的芯片，低電壓Intel Xeon 處理器還提供1.6 GHz的芯片。

Intel CeleronTM處理器 低功耗、超低功耗和超低電壓

在入門級嵌入式應用中，除了需要適合入門級平臺的成本具有競爭力的處理器和芯片組以外，目前的趨勢是采用更薄的設計使機箱更緊湊，采用散熱小的器件實現(xiàn)無風扇運行。同時，處理器還必須能夠支持多種操作系統(tǒng)和應用，并且不會犧牲太多的性能。根據(jù)入門級嵌入式平臺的苛刻要求，英特爾公司推出了極具成本競爭力的頻率為300、400、650 MHz的超低電壓和超低功耗Intel Celeron 處理器。低功耗、超低功耗和超低電壓的Intel Celeron處理器中，小型BGA2封裝的時鐘頻率為300和400 MHz，帶有 128K的L2 Cache，采用 FCBGA 封裝的時鐘頻率為400和650 MHz 并且有 256K的片上L2 cache。新的400 MHz和650 MHz處理器非常適合通信設備，如網(wǎng)絡附加存儲設備、Web板和其它需要低功耗和較少器件數(shù)的應用，包括交互式客戶端、工業(yè)膝上計算機等。

工作在400 MHz和650 MHz的 超低電壓(ULV) Intel Celeron處理器為集成圖像應用提供了更多的選擇，它們可配置Intel 815E 芯片組或外形更小的的Intel 440MX芯片組使用。

超級線程

嵌入式服務器、通信基礎設施和通信設備現(xiàn)在都在使用多線程應用來處理來自數(shù)據(jù)庫或網(wǎng)絡的語音和數(shù)據(jù)媒體流。甚至高端終端/客戶端設備也在使用多線程技術，并且同時運行多個不相關的任務。Intel Xeon 處理器，低電壓Intel Xeon 處理器以及 Intel Pentium 4 處理器在這個應用市場提供了優(yōu)越的性能。

當執(zhí)行由IA-32指令組成的典型代碼時，平均僅用到Intel NetBurst微架構中35%的執(zhí)行資源。為更有效地使用這些執(zhí)行資源，超級線程技術支持同時執(zhí)行兩個任務，或者兩個不同的應用或同一應用的兩個線程。 CPU維持兩個處理器的結構狀態(tài)，即在同一個物理處理器上模擬出兩個邏輯處理器并共享同一物理處理器的資源。可在兩個邏輯處理器間切換執(zhí)行過程，如指令提取和提供、緩存及失效、以及在兩個邏輯處理器間同時共享快速執(zhí)行引擎和緩存。對于多線程代碼，超級線程技術通過更多地利用執(zhí)行資源提高了指令處理的速度。當執(zhí)行多線程操作系統(tǒng)和應用代碼時，這一技術可使性能比沒有采用超級線程技術的可比IA-32處理器的性能提高多達30%。

基本上，嵌入式應用，如NAS、SAN、防火墻/安全應用等，都要完全利用超級線程技術來提供I/O數(shù)據(jù)和語音處理性能。

針對嵌入式應用的熱解決方案

英特爾不斷發(fā)布專門針對嵌入式應用的熱設計指南，包括針對1U通信設備、防火墻/安全/NAS應用、終端/客戶端，以及刀片服務器應用的熱設計指南。通常，嵌入式應用需要更為嚴格的熱解決方案，即要求熱解決方案的尺寸要小，又要能夠及時將高性能處理器產(chǎn)生的熱量散出。

英特爾開發(fā)了Intel Pentium 4 處理器和Intel Pentium 4-M處理器1U/雙插槽熱設計指南。這一熱設計指南中建議的熱解決方案所采用的是熱設計功率(TDP)為 35 W的Pentium 4-M處理器和TDP為59.8W 的 Pentium 4 處理器。 1U 動態(tài)散熱器可從Cooler Master和Sanyo-Denki公司獲得。

超低電壓Intel Celeron 400/650MHz 處理器支持在入門級低成本嵌入式應用中的無風扇設計。使用無風扇技術可以獲得更高的可靠性，因為利用空氣的自然對流來散熱，避免了風扇引起的故障。使用無風扇技術同時還可獲得比同類產(chǎn)品更好的性能。超低電壓 Celeron 400 MHz 處理器 (0.13 )特別適合用于需要利用自然對流進行冷卻的環(huán)境。利用相對小的鋁散熱器和適當?shù)臋C箱通風，可以較容易地達到所需要的熱阻值。在較低的環(huán)境溫度下，還有可能利用自然對流冷卻方式來冷卻650 MHz 的處理器。

熱監(jiān)控功能

Intel Xeon處理器系列和Intel Pentium 4 處理器系列都具有熱監(jiān)控功能，以保證處理器不會因為過熱而損壞。采用的0.13微米工藝制造的處理器中都增加了熱監(jiān)控功能。這一功能允許嵌入式系統(tǒng)人員設計更低成本的熱解決方案，同時又不會犧牲系統(tǒng)完整性或可靠性。熱控制電路(TCC)利用位于處理器片芯上在工廠已經(jīng)調整好的精確溫度傳感器來實現(xiàn)這一功能。不需要任何額外硬件或軟件，幾乎在任何情況下TCC都可以將處理器的片芯溫度控制在工廠確定的范圍內(nèi)。這允許在決定處理器和系統(tǒng)散熱解決方案時，只需考慮實際應用的正常功率預算就可以，而不需要采用處理器的最大功耗。

TCC 對處理器控制的控制是通過調制(啟動和停止)處理器內(nèi)核時鐘來實現(xiàn)的。一旦內(nèi)部片芯溫度非常接近處理器溫度界限，熱監(jiān)控功能就啟動。TCC電路通過以特定的占空比來停止處理器內(nèi)核時鐘來調制處理器內(nèi)核時鐘。一旦溫度回復到非臨界水平，調制過程中止，TCC電路也停止活動。