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汽車應用推動處理器架構創新

上網時間: 2014年01月06日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:v8-r  Warrior  xCORE  多核心控制器  32位元 

作者:Nick Flaherty

ARM最新的處理器架構進展很大程度上可歸功於其汽車電子領域的客戶。這句話乍聽之下可能有些奇怪,但既然v8-R架構針對的是即時性與安全性應用,它特別著重的就是汽車市場。

無論是ARM v8-R或Imagination Technologies的新款Warrior核心,虛擬化都是具關鍵性的議題。同時,XMOS Semiconductor也看好汽車設計正帶動乙太網路音訊/視訊橋接(Ethernet AVB)系統對於其xCORE多核心控制器的需求。

ARM v8-R將會應用於下一代ARM R核心。ARM R核心目前主要用於汽車與大量工業用戶的ASIC設計中。相較於Cortex-A53與A57等應用處理器所用的64位元v8-A架構,v8-R是一款32位元的架構,但新增可執行Linux與Android開箱即用的相同性能,以及安全與虛擬化等強化功能。這兩種架構都能夠因應記憶體管理單元(MMU)的挑戰──而這同樣也是Imagination公司必須解決的問題。

ARMv8-R架構透過記憶體管理單元提升作業系統效能。
圖1:ARMv8-R架構透過記憶體管理單元提升作業系統效能。

“過去兩年來,我們一直在計劃如何將這項新技術導入嵌入式應用中,”ARM嵌入式處理器總監Richard York指出,“在與汽車和工業市場的客戶討論過後,我們發現他們正面對一些軟體方面的難題,這是無法用微控制器加以解決的,例如不同層級的安全性、結合豐富作業系統的即時作業系統(RTOS)、傳統的軟體以及來自許多不同來源的軟體等。”

關鍵之處在於MMU將會與A8版核心的架構100%相同,以便可執行為行動應用開發的一系列軟體,而這一直是汽車客戶在致力於打造連接至車內網路架構的資訊娛樂系統時所需要的。在底層的虛擬化硬體可讓虛擬機監管程式僅以一轉換層在核心上執行,以支援主流作業系統(如Android)與RTOS。

同時,XMOS預計將在今年年底前為其多核心控制器取得汽車認證。採用32位元架構的xCORE控制器提供一種具確定性、能以軟體編程的I/O性能──這項性能已經導入機器人應用了,同時,隨著Ethernet AVB標準開始獲得動能,它也將逐漸進軍汽車應用中。

XMOS還增加了ARM Cortex-M3,伴隨其核心共同進軍ARM軟體生態系統,其關鍵就在於可讓設計人員輕鬆地添加高性能的I/O,例如多種Ethernet AVB介面。

針對xCORE eXtended Architecture (xCORE-XA)擴展架構,XMOS公司採用了在單一封裝中整合兩顆晶片的方式──以自家的七款可確定性xCORE多核心處理器結合Energy Micro公司基於ARM M3核心的晶片(Energy Micro公司已在去年初由Silicon Labs所收購)。

Energy Micro的元件具有多種低功耗模式,讓XMOS得以利用ARM M3核心實現超低功耗的核心運作模式──擴展從深度睡眠模式時的100nA功耗,到所有核心啟動作業與實現500MIPS處理時的150mW功耗範圍。

xCORE具備較傳統MCU更快100倍的I/O響應速率,以及更一致的低延遲。
圖2:xCORE具備較傳統MCU更快100倍的I/O響應速率,以及更一致的低延遲。
(來源:XMOS Semiconductor)

XMOS公司執行長Nigel Toon表示,這項協議得以讓XMOS跨入ARM二進制軟體的現有生態系統,並允許開發人員使用xCORE工具與IP以添加軟體定義的週邊。“該xCORE-XA擴展架構重新定義了嵌入式開發人員使用可編程平台所能實現的應用,”他說。“從Silicon Labs公司新增了Cortex-M3技術作為xCORE-XA產品線的一部分,讓客戶得以納入ARM的二進制代碼,同時還能以最低功耗開發出出獨特的終端產品。我們認為,xCORE-XA代表著完全新一類的可編程SoC。如今,我們已能將具有硬體級即時性能的系統級編程配置為低功耗的應用了,而且是完全以軟體進行配置與編程。”

設計人員還可以採用多個結合ARM的xCORE處理器核心,添加即時數據平面,以及控制處理與DSP模組,以執行更大的控制平面處理軟體,例如通訊協議堆疊、標準繪圖庫,或複雜的監控系統。

ARM應用系統副總裁Nandan Nayampally表示,“ARM認為,xCORE-XA象徵著邁向嵌入式系統的更進一步發展,讓工程師得以開發出可完全以軟體級配置的整合SoC。”

(下一頁繼續:更多車用處理器架構創新)


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