合理選擇嵌入式系統(tǒng)的多處理器

2004年5月A版

　　在許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，成本要求壓倒一切。為了降低成本，設(shè)計(jì)者往往在整個(gè)系統(tǒng)中只用一個(gè)微處理器，因?yàn)樵缴俪杀驹降?。但是，將作業(yè)分配給多個(gè)處理器會(huì)簡化設(shè)計(jì)和縮短面市時(shí)間，可對(duì)附加的成本獲得超量的補(bǔ)償。當(dāng)然應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)特性來尋求解決方案，要記住增加一個(gè)輔助處理器對(duì)系統(tǒng)成本的影響是有正有負(fù)，必須進(jìn)行全面考核。

　　在好處方面，輔助處理器可降低對(duì)主處理器性能的要求，可選用較便宜的產(chǎn)品。輔助處理器還可簡化接線，主處理器通過串行總線與智能輔助處理器連接，而無需用并行總線作直接控制，簡化接線顯然比較節(jié)省和減少噪聲問題。

　　然而，潛在的最大好處是使用輔助處理器可簡化設(shè)計(jì)的開發(fā)和除錯(cuò)，例如，將功能分配到不同的器件可簡化軟件結(jié)構(gòu)，使整合和除錯(cuò)比較容易，并且可進(jìn)行并行開發(fā)和加快設(shè)計(jì)過程。甚至可促進(jìn)輔助處理器功能硬件的軟件再用，加快后端的設(shè)計(jì)。結(jié)果，這些好處可使產(chǎn)品更快地推向市場(chǎng)。

　　當(dāng)然，需要作出權(quán)衡?？紤]的問題之一是會(huì)增加處理器的成本，但是問題不大，許多處理器的批量單價(jià)只有1美元。更大的潛在困難是在主、輔處理器不能共用同樣開發(fā)工具的情況下，輔助處理器開發(fā)工具的成本。顯然，明智的設(shè)計(jì)隊(duì)伍可選擇適于多種多處理器設(shè)計(jì)用的輔助處理器，結(jié)果是工具成本分?jǐn)偟蕉鄠€(gè)設(shè)計(jì)中，減輕了總成本的增加。還有可大批量購買元件，以便獲得更高的折扣。

多處理器和總線

　　對(duì)多處理設(shè)計(jì)帶來的軟件變化應(yīng)該作出全面權(quán)衡。單一功能的設(shè)計(jì)不可能從多處理器獲得好處，然而，許多設(shè)計(jì)需要多種功能，并行執(zhí)行作業(yè)，此時(shí)多處理器可發(fā)揮更大作用。最好的情況是，多個(gè)作業(yè)相對(duì)獨(dú)立，涉及多個(gè)I/O通道，許多功能即可從主處理器遷移到輔助處理器。

　　選擇合適的總線，對(duì)成本同樣具有重要意義，對(duì)比的性能包括連接線數(shù)目、速率、協(xié)議、地址，微控制器通用的主要通信總線性能如表1所示。

　　這里著重介紹MDB(多節(jié)點(diǎn)總線)，它只有兩根連線，速率較低，主/從結(jié)構(gòu)，地址32個(gè)，半雙工運(yùn)行，兩根連線分別傳送時(shí)鐘和數(shù)據(jù)。由于MDB在四種總線中物理結(jié)構(gòu)最簡單，容易實(shí)現(xiàn)，被選作為自動(dòng)售貨機(jī)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)。MDB的通信開銷比較慢，發(fā)送命令和獲得響應(yīng)大約要用40ms，如表2所示。

舉例：自動(dòng)售貨機(jī)

　　無人值守的自動(dòng)售貨機(jī)(VM)需要每天24小時(shí)連續(xù)工作；客戶放入硬幣或紙幣，售貨機(jī)自動(dòng)送出產(chǎn)品，它由幾種構(gòu)件組成：自動(dòng)售貨機(jī)控制器，作為嵌入式主處理器；硬幣讀出器；紙幣讀出器；卡讀出器；鍵盤輸入；顯示輸出；馬達(dá)和傳感器控制；維護(hù)端口；互聯(lián)網(wǎng)通信。

　　因?yàn)樽詣?dòng)售貨機(jī)功能比較復(fù)雜和I/O較多，嵌入系統(tǒng)必須招待并行、異步作業(yè)。如果采用單處理器的嵌入式系統(tǒng)，則需要與許多復(fù)雜的構(gòu)件作并行連接，如圖1所示。如果采用多處理器的嵌入式系統(tǒng)，將處理功能分配到構(gòu)件中(如馬達(dá)控制、硬幣讀出、讀卡器等)，則可使主處理器和I/O連接明顯簡化，功能增強(qiáng)，響應(yīng)加快，如圖2所示。■