隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等新興產(chǎn)業(yè)的崛起，嵌入式技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，迎來(lái)發(fā)展的大好時(shí)機(jī)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)的嵌入式市場(chǎng)規(guī)模已超過(guò)500多億元，預(yù)計(jì)未來(lái)三年中國(guó)嵌入式軟件產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)率將高達(dá)40%左右。在企業(yè)級(jí)SSD、家庭網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線控制和智能家電等領(lǐng)域中，相關(guān)產(chǎn)品對(duì)性能、面積、功耗和成本都提出更高要求，嵌入式技術(shù)也要隨之改進(jìn)。為了進(jìn)一步提高嵌入式系統(tǒng)的性能，Synopsys推出適合高性能嵌入式應(yīng)用使用的新DesignWare ARC HS4x和HS4xD處理器系列。

據(jù)Synopsys ARC處理器高級(jí)產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Michael Thompson介紹，“這兩個(gè)系列包含5個(gè)處理器產(chǎn)品：ARC HS44、HS46、HS48、HS45D和HS47D處理器，具有單核、雙核和四核配置，實(shí)施了雙發(fā)射超標(biāo)量架構(gòu)，最高速度為每個(gè)內(nèi)核6000 DMIPS，提供2倍的性能和獨(dú)特的高性能控制和高效數(shù)字信號(hào)處理組合。其中，HS4X產(chǎn)品只執(zhí)行RISC架構(gòu)，HS4XD產(chǎn)品執(zhí)行RISC+DSP架構(gòu)，增加了150多個(gè)優(yōu)化的DSP指令，向下兼容廣泛應(yīng)用的ARC EMxD內(nèi)核。”

解決嵌入式系統(tǒng)面臨的諸多挑戰(zhàn)

嵌入式系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，同時(shí)要求產(chǎn)品小面積、低能耗、低成本，這使開(kāi)發(fā)者面臨巨大的挑戰(zhàn)。如何做到不增加時(shí)鐘頻率和內(nèi)存器訪問(wèn)時(shí)間?Michael Thompson指出，“Synopsys從三方面采取措施：第一，增加每個(gè)時(shí)鐘周期指令執(zhí)行數(shù)量，比如將每個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行指令條數(shù)從一個(gè)增加到兩個(gè)，在并行雙事件管道中執(zhí)行多條指令;增加內(nèi)存訪問(wèn)時(shí)間;支持多核執(zhí)行等。第二，為固定或下降的嵌入式應(yīng)用管理功耗預(yù)算，不只依靠芯片性能更關(guān)注性能效率，增加功耗管理，減少浪費(fèi)。第三，更有效地移動(dòng)數(shù)據(jù)，32位的處理器支持?jǐn)?shù)據(jù)移動(dòng)64位進(jìn)行，對(duì)處理器配置性能翻倍的DMA。第四，在一個(gè)處理器中實(shí)現(xiàn)RISC和DSP的高性能組合，軟件工具和庫(kù)無(wú)縫支持C/C++編程和調(diào)試。”

“雙重架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于，增加功能單元的利用率，增加額外的硬件數(shù)量;每個(gè)時(shí)鐘周期可以執(zhí)行提升到執(zhí)行兩個(gè)指令，增加了RISC和DSP兩種性能，面積和功耗增加15%;支持指令的并行執(zhí)行;編譯器執(zhí)行雙重架構(gòu)。” Michael Thompson補(bǔ)充。

HS4X系列/HS4xD系列：適用于高端嵌入式應(yīng)用

ARC HS4X系列處理器采用了ARCv2指令集架構(gòu)(ISA)，可實(shí)現(xiàn)低功耗、小體積硅封裝的高性能嵌入式設(shè)計(jì)。ARC HS4x系列具有高速10級(jí)雙發(fā)射流水線，支持亂序執(zhí)行，從而盡可能減少了處理器的空閑周期，盡可能增加了指令吞吐量。在典型的16-nm FinFET制程中，處理器可在2.5 GHz下，提供高達(dá)每個(gè)內(nèi)核6000 DMIPS的性能，同時(shí)僅需要0.06 mm2面積且功率低至37 microwatts/MHz。HS4X系列的目標(biāo)應(yīng)用是固態(tài)硬盤(pán)(SSD)、無(wú)線基帶、無(wú)線控制和家用網(wǎng)絡(luò)。

HS4xD系列具有和HS4x一樣的高端控制功能，還有對(duì)基帶、音頻、聲音、語(yǔ)音和其他信號(hào)處理應(yīng)用有用的額外DSP功能。為了加速數(shù)學(xué)函數(shù)的執(zhí)行，HS45D和HS47D為設(shè)計(jì)人員提供了實(shí)施硬件整數(shù)分頻器這一選項(xiàng)以及適用于64位乘積、乘積累加(MAC)、向量加減和可配置IEEE 754兼容浮點(diǎn)單元(單精度、雙精度或兩種精度)的指令。HS4xD處理器中高性能RISC和DSP功能的混合提供了高效的多信道音頻處理功能，適合手機(jī)應(yīng)用、家庭應(yīng)用和車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)應(yīng)用。HS4xD可同步管理通信棧、文件系統(tǒng)支持等控制任務(wù)，同時(shí)還能提供信號(hào)處理帶寬，支持音頻解碼、后期處理和基于語(yǔ)音的人機(jī)接口(HMI)處理。

Michael Thompson指出，“從性能上對(duì)比，HS4X系列/HS4xD系列處理器相對(duì)于Cortex-A9處理器性能提升45%，功耗減半;相對(duì)于MIPS InterAptiv或者Cortex-A7處理器性能翻倍，功耗降低20%;相對(duì)于Cadence Tensilica處理器性能提升2.5倍。”

MetaWare 開(kāi)發(fā)工具包簡(jiǎn)化了HS4x/HS4xD處理器編程

ARC HS4x和HS4xD處理器系列擁有一個(gè)穩(wěn)固的軟硬件開(kāi)發(fā)工具生態(tài)系統(tǒng)支持，其中包括MetaWare編譯器/調(diào)試器、nSIM指令集模擬器、MQX實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)和行業(yè)領(lǐng)軍供應(yīng)商提供的第三方工具、操作系統(tǒng)(包括Linux)和中間件。MetaWare開(kāi)發(fā)工具包包括優(yōu)化的DSP函數(shù)庫(kù)，如FFT和DCT、FIR和IIR濾波器，以及向量和矩陣數(shù)據(jù)函數(shù)，允許軟件設(shè)計(jì)人員從標(biāo)準(zhǔn)DSP構(gòu)建塊快速實(shí)施算法。該工具還包含開(kāi)發(fā)語(yǔ)音代碼使用的基于ITU-T的運(yùn)行庫(kù)。對(duì)于常規(guī)C代碼，編譯器能自動(dòng)生成ARCv2DSP ISA指令，以提供最佳性能，包括引導(dǎo)的和自動(dòng)的向量化優(yōu)化。

在嵌入式應(yīng)用中創(chuàng)新不斷，嵌入式產(chǎn)品復(fù)雜度越來(lái)越高的發(fā)展背景下，新的ARC HS4x和HS4xD處理器是ARC資產(chǎn)組合中性能最高的處理器，支持設(shè)計(jì)人員滿足嵌入式設(shè)計(jì)所需的日益增長(zhǎng)的控制和信號(hào)處理需求，在嵌入式領(lǐng)域會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。