匯聚式處理器滿足擴展性需求

當前嵌入式系統(tǒng)設計中，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，而單就設計的可擴展性而言，DSP通常能提供比競爭性解決方案更強大的處理能力，為功能擴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展性優(yōu)勢。

近年來，隨著主流的DSP提供商在新產品中實現(xiàn)更多外設組件集成，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。下面的內容將以Blackfin匯聚式處理器為例，展示在幾類典型應用中如何以可擴展性取勝。

Blackfin處理器是目前市場上唯一的匯聚式處理器產品，是ADI公司基于由ADI和Intel公司聯(lián)合開發(fā)的微信號架構，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控制任務執(zhí)行能力。這種匯聚架構可滿足當前大多數(shù)系統(tǒng)需要進行數(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)十個型號的產品，產品系列之間良好的代碼兼容性可確保產品升級后的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處理器的方案在進行功能擴展時擁有足夠的性能裕量。在集成的外設配置上，Blackfin處理器集成了廣泛的接口類型(UART、SPORT、SPI、TWI、GPIO等)，部分型號的產品中集成了特定應用所需的各種重要的外設，例如，工業(yè)應用的PWM單元、模數(shù)轉換器、支持電力線通信的IEEE-1588標準的模塊、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1：擴展性超強的ADI Blackfin學習板。

Blackfin的可擴展性應用實例

可擴展性意味著足夠的性能裕量

數(shù)碼相框是一種市場需求、應用條件持續(xù)發(fā)展變化的一類產品，每一代產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)了具有全球領先特性的數(shù)碼相框產品。世勤電子選擇Blackfin處理器更看重該方案的可持續(xù)擴展性，高達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)有的方案上迅速進行擴展，在甚至不改變任何硬件設計的條件下即可快速低成本地推出新的產品。

實際上，Blackfin的開放通用架構使得世勤電子在其數(shù)碼相框方案中實現(xiàn)了一個極富擴展性的應用軟件開發(fā)和運行平臺，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)和部署了新的應用，例如互聯(lián)網視頻(YouTube)、互聯(lián)網廣播等，極大地縮短開發(fā)周期，降低產品設計成本。而且，Blackfin處理器還專門針對音視頻應用進行了優(yōu)化，在處理器架構、外設接口、指令結構、內存等方面能夠滿足數(shù)碼相框產品的未來需求。BF52x支持的Lockbox安全技術提供單次可編程片上存儲器，為執(zhí)行代碼與需要保護的數(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行操作，這也是未來產品開發(fā)中可以深入利用的技術特性。

可擴展性意味著設計靈活性

目前，智能電網建設的全球熱潮方興未艾，這為針對智能電網應用開發(fā)的智能電表揭開了一個巨大的市場。由于智能電網尚在建設初期，相關的標準和需求并不確定，因而，如何在把握當前市場機遇的同時，適應未來市場變動的需求成為廠商面臨的關鍵挑戰(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，該產品不僅能夠滿足目前的設計要求，而且還為下一代能量管理技術、整合新型智能電網設備，以及推動為用戶提供可選的用電信用額度應用作好了準備。隨著未來標準的發(fā)展，這些應用只需通過電網即可下載到基于Blackfin的儀表部件中，從而實現(xiàn)在線的產品升級。

智能視頻分析是另外一類對方案靈活性要求很高的應用。作為近年來才發(fā)展起來的一類熱門應用技術，智能視頻算法并無任何標準可循，各企業(yè)的相關算法也是在不斷優(yōu)化中發(fā)展，而且不同的客戶的應用需求和應用環(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展性，以滿足不同的應用需求和“將來”的需求。這種擴展性需求更看重的是方案設計的靈活性，當前在智能視頻應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

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