針對異構(gòu)多核的嵌入式軟件解決方案

異構(gòu)多核架構(gòu)即結(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)。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(lǐng)域得到了大范圍推廣，特別是在強調(diào)整合功能性和連通性的高性能嵌入式設(shè)備方面。但是，與異構(gòu)多核硬件平臺的發(fā)展速度相比，相應(yīng)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(gòu)的優(yōu)勢，真正實現(xiàn)芯片的性能、面積、功耗之間的最佳組合。

針對這一現(xiàn)狀，Mentor推出了嵌入式軟件行業(yè)首款針對異構(gòu)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(tǒng)（RTOS）、Android系統(tǒng)和裸系統(tǒng)應(yīng)用的多操作系統(tǒng)設(shè)備進行設(shè)備配置、部署和系統(tǒng)優(yōu)化。

全面的異構(gòu)多核嵌入式軟件解決方案

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

傳統(tǒng)的開發(fā)方式不適合異構(gòu)系統(tǒng)，因為設(shè)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(tǒng)和應(yīng)用程序；如何協(xié)調(diào)使用微處理器和微控制器，從而高效啟動多個操作系統(tǒng)；如何在多核處理器或異構(gòu)處理器間的獨立子系統(tǒng)之間進行通信。這些都為設(shè)計師的工作增加了一定的難度。

“Mentor的集成設(shè)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(fù)雜的異構(gòu)SoC.”FelixBaum表示，“該方案涵蓋了為多操作系統(tǒng)設(shè)備提供設(shè)備配置、部署和系統(tǒng)優(yōu)化等功能，而所謂的多操作系統(tǒng)則包括Linux平臺、實時操作系統(tǒng)（RTOS）以及裸系統(tǒng)應(yīng)用-本地執(zhí)行或基于Hypervisor執(zhí)行。”

Mentor異構(gòu)多核系統(tǒng)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(tǒng)應(yīng)用的remoteproc機制，有助于整個異構(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；在不同的操作系統(tǒng)中大規(guī)模應(yīng)用VirtIO、rpmsg和多核通信應(yīng)用程序接口（MCAPI），可為分離設(shè)備子系統(tǒng)提供有效的處理器間通信（IPC）；擁有圖像調(diào)試和性能分析工具，能夠在操作系統(tǒng)和應(yīng)用層面提供整個系統(tǒng)的同步視角。

圖1：Mentor針對異構(gòu)多核嵌入式軟件開發(fā)的全面解決方案。

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

針對OMAP5的應(yīng)用案例

德州儀器（TI）的OMAP5是典型的異構(gòu)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(nèi)核，專為驅(qū)動移動計算設(shè)備和消費產(chǎn)品而設(shè)計。

圖2：在TI OMAP 5上部署異構(gòu)多核系統(tǒng)的應(yīng)用案例。

在TI OMAP 5上部署Mentor的異構(gòu)多核系統(tǒng)的應(yīng)用案例中，Mentor的嵌入式虛擬機覆蓋了兩個Cortex-A15內(nèi)核，先運行虛擬機，再運行兩個嵌入式Linux操作系統(tǒng)（一個Linux操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)用戶界面，另一個負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)端的通信）。

此外，一個Cortex-M4負(fù)責(zé)收集實時數(shù)據(jù)，運行Nucleus實時操作系統(tǒng)，這屬于相對比較簡單的應(yīng)用，因此不需要虛擬機進行管理。而另一個M4內(nèi)核可以負(fù)責(zé)電源管理或傳感器管理等，在本案例中未進行體現(xiàn)。

Felix Baum強調(diào)，這一系統(tǒng)部署非常靈活，虛擬機運行什么系統(tǒng)可以根據(jù)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(tǒng)的高速運行，也保證了私有系統(tǒng)之間的保密性。在與TI的合作中，將Mentor的嵌入式軟件技術(shù)與TI的多核器件相結(jié)合，創(chuàng)建了一個理想的生態(tài)系統(tǒng)，便于客戶輕松開發(fā)出尖端的產(chǎn)品。

“目前Mentor的解決方案僅適用于基于ARM內(nèi)核的異構(gòu)多核嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。除了處理器產(chǎn)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(chǎn)品的解決方案。”FelixBaum說。