匯聚式處理器滿足擴(kuò)展性需求

當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，基于MCU、DSP、FPGA及ASIC的解決方案占據(jù)了超過90%的市場(chǎng)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(diǎn)，而單就設(shè)計(jì)的可擴(kuò)展性而言，DSP通常能提供比競(jìng)爭(zhēng)性解決方案更強(qiáng)大的處理能力，為功能擴(kuò)展提供了足夠的性能裕量，而且基于軟件的實(shí)現(xiàn)方式具有無可比擬的靈活性和擴(kuò)展性優(yōu)勢(shì)。

近年來，隨著主流的DSP提供商在新產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)更多外設(shè)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(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)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(shí)現(xiàn)上優(yōu)勢(shì)的匯聚式處理器，為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師提供了極具吸引力的嵌入式系統(tǒng)方案選項(xiàng)。下面的內(nèi)容將以Blackfin匯聚式處理器為例，展示在幾類典型應(yīng)用中如何以可擴(kuò)展性取勝。

Blackfin處理器是目前市場(chǎng)上唯一的匯聚式處理器產(chǎn)品，是ADI公司基于由ADI和Intel公司聯(lián)合開發(fā)的微信號(hào)架構(gòu)，將32位RISC指令集和雙16位乘法累加信號(hào)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(gòu)適于全信號(hào)處理/分析能力，同時(shí)還可在單核器件或雙核器件上提供高效RISC MCU控制任務(wù)執(zhí)行能力。這種匯聚架構(gòu)可滿足當(dāng)前大多數(shù)系統(tǒng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、實(shí)現(xiàn)各種算法、通信功能的軟件實(shí)現(xiàn)以及對(duì)各種系統(tǒng)控制功能的支持。Blackfin的幾十個(gè)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(duì)大運(yùn)算量、高數(shù)據(jù)吞吐率的要求，十級(jí)流水線使得Blackfin具有很強(qiáng)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(gè)型號(hào)的產(chǎn)品，產(chǎn)品系列之間良好的代碼兼容性可確保產(chǎn)品升級(jí)后的IP重用。與競(jìng)爭(zhēng)解決方案相比，Blackfin處理器具有顯著的高性能優(yōu)勢(shì)，能確?；贐lackfin處理器的方案在進(jìn)行功能擴(kuò)展時(shí)擁有足夠的性能裕量。在集成的外設(shè)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(hào)的產(chǎn)品中集成了特定應(yīng)用所需的各種重要的外設(shè)，例如，工業(yè)應(yīng)用的PWM單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、支持電力線通信的IEEE-1588標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)器。

圖2：擴(kuò)展性超強(qiáng)的ADI Blackfin學(xué)習(xí)板。

Blackfin的可擴(kuò)展性應(yīng)用實(shí)例

可擴(kuò)展性意味著足夠的性能裕量

數(shù)碼相框是一種市場(chǎng)需求、應(yīng)用條件持續(xù)發(fā)展變化的一類產(chǎn)品，每一代產(chǎn)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(lǐng)先特性的數(shù)碼相框產(chǎn)品。世勤電子選擇Blackfin處理器更看重該方案的可持續(xù)擴(kuò)展性，高達(dá)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(jìn)行擴(kuò)展，在甚至不改變?nèi)魏?a href="http://hljzzgx.com/v/tag/1751/" target="_blank">硬件設(shè)計(jì)的條件下即可快速低成本地推出新的產(chǎn)品。

實(shí)際上，Blackfin的開放通用架構(gòu)使得世勤電子在其數(shù)碼相框方案中實(shí)現(xiàn)了一個(gè)極富擴(kuò)展性的應(yīng)用軟件開發(fā)和運(yùn)行平臺(tái)，無論是世勤電子自身還是其客戶，均可在這個(gè)開發(fā)平臺(tái)上快速開發(fā)和部署了新的應(yīng)用，例如互聯(lián)網(wǎng)視頻(YouTube)、互聯(lián)網(wǎng)廣播等，極大地縮短開發(fā)周期，降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本。而且，Blackfin處理器還專門針對(duì)音視頻應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，在處理器架構(gòu)、外設(shè)接口、指令結(jié)構(gòu)、內(nèi)存等方面能夠滿足數(shù)碼相框產(chǎn)品的未來需求。BF52x支持的Lockbox安全技術(shù)提供單次可編程片上存儲(chǔ)器，為執(zhí)行代碼與需要保護(hù)的數(shù)據(jù)提供安全處理環(huán)境，可以實(shí)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(jìn)行操作，這也是未來產(chǎn)品開發(fā)中可以深入利用的技術(shù)特性。

可擴(kuò)展性意味著設(shè)計(jì)靈活性

目前，智能電網(wǎng)建設(shè)的全球熱潮方興未艾，這為針對(duì)智能電網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)的智能電表揭開了一個(gè)巨大的市場(chǎng)。由于智能電網(wǎng)尚在建設(shè)初期，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和需求并不確定，因而，如何在把握當(dāng)前市場(chǎng)機(jī)遇的同時(shí)，適應(yīng)未來市場(chǎng)變動(dòng)的需求成為廠商面臨的關(guān)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(chǎn)品不僅能夠滿足目前的設(shè)計(jì)要求，而且還為下一代能量管理技術(shù)、整合新型智能電網(wǎng)設(shè)備，以及推動(dòng)為用戶提供可選的用電信用額度應(yīng)用作好了準(zhǔn)備。隨著未來標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，這些應(yīng)用只需通過電網(wǎng)即可下載到基于Blackfin的儀表部件中，從而實(shí)現(xiàn)在線的產(chǎn)品升級(jí)。

智能視頻分析是另外一類對(duì)方案靈活性要求很高的應(yīng)用。作為近年來才發(fā)展起來的一類熱門應(yīng)用技術(shù)，智能視頻算法并無任何標(biāo)準(zhǔn)可循，各企業(yè)的相關(guān)算法也是在不斷優(yōu)化中發(fā)展，而且不同的客戶的應(yīng)用需求和應(yīng)用環(huán)境都有很大的差異性，因此在方案選型時(shí)必須考慮平臺(tái)的可擴(kuò)展性，以滿足不同的應(yīng)用需求和“將來”的需求。這種擴(kuò)展性需求更看重的是方案設(shè)計(jì)的靈活性，當(dāng)前在智能視頻應(yīng)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(duì)不同的客戶需求進(jìn)行軟件優(yōu)化、修改，而硬件平臺(tái)保持不變或僅做很小改動(dòng)。

本文小結(jié)

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