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類型分類:
科普知識(shí)
數(shù)據(jù)分類:
DCS系統(tǒng)

淺析異構(gòu)多處理系統(tǒng)的特點(diǎn)

發(fā)布日期:2022-04-17 點(diǎn)擊率:16


  早期嵌入式處理系統(tǒng)通常由一個(gè)微控制器和一系列外設(shè)構(gòu)成。這些系統(tǒng)通常用來(lái)完成獲取少量數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、做出決策、基于決策結(jié)果輸出信息等工作。在某些情況下會(huì)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)交互接口如讀取鍵盤(pán)并顯示結(jié)果。處理需求、同時(shí)產(chǎn)生需求,以現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看似乎微不足道。現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)通常需要處理和分析十億字節(jié)級(jí)的海量數(shù)據(jù),而且常常在確定性和低延時(shí)運(yùn)算上還有一些額外要求。許多應(yīng)用還要求系統(tǒng)在滿足相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)可靠符合可靠性和安全性要求。

  目前,似乎還不可能在單一處理器上同時(shí)滿足處理高帶寬數(shù)據(jù)、執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用程序、響應(yīng)實(shí)時(shí)請(qǐng)求并滿足行業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)。然而,多核異構(gòu)芯片卻可以實(shí)現(xiàn)這些功能。這樣的設(shè)備具有多個(gè)處理單元,每一個(gè)單元都有能力負(fù)責(zé)處理一個(gè)或多個(gè)前述需求,我們稱這樣的設(shè)備為異構(gòu)處理系統(tǒng)。

  1 什么是異構(gòu)多處理呢?

  一個(gè)異構(gòu)多處理系統(tǒng)由不同類型的多個(gè)單核心或多核心處理器構(gòu)成,異構(gòu)多核處理系統(tǒng)最簡(jiǎn)單的形式是由一個(gè)多核處理器和GPU組成。然而,現(xiàn)代科技讓一顆芯片上的異構(gòu)多處理系統(tǒng)包含以下模塊:

  ①多核應(yīng)用處理器(Multicore Applications Processors);

  ②多核圖形處理器(Multicore Graphics Processors;

  ③多核實(shí)時(shí)處理器(Multicore Real-Time Processors);

  ④平臺(tái)管理單元(Platform Management Unit);

  ⑤配置和安全系統(tǒng)(Configuration and Security Unit);

  ⑥在FPGA可編程邏輯上實(shí)現(xiàn)特定多核處理器。

  本文所引用的異構(gòu)多核處理系統(tǒng)包括上述的多個(gè)分類。使用FPGA邏輯實(shí)現(xiàn)多核處理器的優(yōu)勢(shì)是:它可以創(chuàng)建自定義特殊應(yīng)用處理器,通過(guò)并行Pipes和多Pipeline stages來(lái)實(shí)現(xiàn)二維并行數(shù)據(jù)處理,使得在一個(gè)時(shí)鐘周期里可以完成大量的計(jì)算。

  多核處理器可以設(shè)計(jì)用來(lái)執(zhí)行通用計(jì)算或者是專用計(jì)算。和通用處理器執(zhí)行相同功能相比較,專用計(jì)算在減小硅片封裝、提高單時(shí)鐘周期吞吐率、低功耗的同時(shí)能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化處理。

  2 含可編程邏輯的異構(gòu)處理系統(tǒng)演變

  Xilinx在2002年推出了第一款帶PowerPC405應(yīng)用處理器的FPGA,在接下來(lái)的FPGA里,Xilinx在單片內(nèi)集成了更高性能的PowerPC單核或雙核處理器。不像現(xiàn)今產(chǎn)品代的器件處理系統(tǒng)是一個(gè)集成的ASSP(包含處理器、互聯(lián)、存儲(chǔ)控制器和外設(shè)),早期產(chǎn)品需要大量的FPGA資源將各部分資源連接在一起形成一個(gè)ASSP-like的解決方案。

  2011年,Xilinx推出了Zynq-7000系列高集成度的器件,它集成了ARM Cortex-A9 MPCore處理器、互聯(lián)單元、內(nèi)存控制器、外設(shè)以及基于Xilinx 7系列FPGA的可編程邏輯。有人肯能會(huì)認(rèn)為Zynq-7000系列是第一代“異構(gòu)多處理”系統(tǒng),因?yàn)槠系目删幊踢壿嬍沟脛?chuàng)建和使用專用處理單元成為現(xiàn)實(shí)。

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