挑戰多核

NXP發布雙核MCU，LPc40001用cortex-M4和M0

2010年11月1日。恩智浦半導體(NXP)宣布推出LPC4000微控制器(MCU)，該系列產品也是全球首次采用ARM Cortex-M4和Cortex-M0雙核架構的非對稱數字信號控制器。LPC4000系列控制器為DSP和MCU應用開發提供了單一的架構和環境。利用雙核架構和NXP特有的可配置外設，LPC4000可以幫助客戶實現多種開發應用，例如馬達控制、電源管理、工業自動化、機器人、醫療、汽車配件和嵌入式音頻。

NXP副總裁兼全球微控制器產品線總經理Geoff Lees表示：“LPC4000不只是又一款Cortex-M4處理器，而是針對微控制器和DSP應用推出的一款多核處理產品。配置型外設可以降低LPC4000用戶對外部ASIC功能的依賴。”

在LPc4000中，cortex-M4的優勢是DSP能力強。而且M4有很多免費DsP庫資源可供使用。“如果不是這樣，奠實Cortex－M3就夠用了。”

多核通常認為應用有些難度。Geoff稱： “對于一些簡單的應用，這兩個處理器核之間的這個協調工作并不難。除非你要是把它們最后一點點性能都要發揮出來的話。”

M0開啟ARM架構的靈魂之門

Geoff稱贊“Cortex-M0開啟ARM架構的靈魂之門”。因為Cortex-M0向傳統的8位Mcu架構8051／80C51發起了挑戰、并且在性價比上有一定的優勢，在功耗方面NXP正在進一步地優化。“其實在我們最初考慮選用M0授權時，我們就已經這樣想了一一不把M0當成低成本的、單獨的MCU去用，而要把它作為協處理器。”，今后，2、3乃至更多的Cortex-MO核可能集成進來。

從NXP 10月19日推出的非計費式電能計量芯片EM773f基于Cortex-M0內核)，到此次推出的雙核芯片，可以看出NXP不同于常規的出牌。Geoff也透露，目前沒有拿Cortex-M0與8位MCU競爭，主要原因是NXP正在M0數字低功耗方面力圖突破。

ARM Cortex的優勢是生態環境

NXP認為該公司如果要成功，很大程度上也取決于同樣采用Cortex-M0的競爭對手。目前M0許可已經發給了34個廠商。 “NXP能否成功從很大程度上也取決于競爭對手，或者說是友商們，他們能夠多快地來跟著我們從這條道路上去闖。”Geoff稱。

Semico Reserch資深分析師Tony Massimini也同樣這樣認為，他在視頻網站中指出，高端32位MCU增長最快，16位在其后。8位次之。ARM是32位Mcu架構中增長最快的部分，ARM有專門為不同MCU準備的Cortex系列、約有10種不同的MCU授權。TI、ST、NXP、Oki(被羅姆收購)……。2010年6月Freescale也加入了ARM陣營 基于ARM Cortex-M4微控制器系列Kinetis。ARM陣營的優勢是可共享豐富的生態環境。

“全球已有超過60家公司獲得了ARM Cortex M系列授權，中國大陸廠商也有近十家。”ARM嵌入式應用市場經理羅霖表示， “至目前為止，Cortex-M3的授權占大多數。”Cortex-M3是在ARM 7系列上優化內核，目標定位32／16位MCU市場。為了深化ARM在嵌入式領域的應用，ARMMCU供應商已經在Cortex-MO和Cortex-M4上開拓疆土了。

簡化多核。實施虛擬化

據Semico Reserch資深分析師Tony Massimini介紹，2010年微邏輯(微處理器、微控制器和DSP)出貨量2010年將增長36.3％，而2009年下降了10.4％。微邏輯營業額由微處理器和計算市場主導，但從數量上來看、MCu(微控制器)占主流，MPU只占20％。可見，微處理器／MPU的數量雖相對不高，但營業額很重要。

微處理器／MPU的熱門話題是多核，盡管業界對未來的主流將是十幾核、幾十核還是上百核的預見各不相同，但對多核軟件的關鍵作用卻不謀而合。大家一致認同一一不論未來處理器的內核數量將是多少，其性能優勢的發揮將取決于軟件的設計與調優。因此，未來多核嵌入式軟件人員必將擁有極為廣闊的發展空間。近日，風河(Wind River)公司在中國多個城市舉辦了2010開發者區域大會，主題是“多核的現在與未來”。在北京站期間，本刊訪問了風河CTO(首席技術官)Tomas Evensen。

嵌入式多核的宏觀趨勢

嵌入式多核系統的宏觀趨勢是：維持或降低總系統成本，主要通過增加多核和虛擬化技術：性能優化來實現差異化和新業務，重點在提高性價比和降低功耗：增加軟件內容來竇現新的性能，這驅動了標準化、開放源碼和工具的使用：增長的安全和／或安全認證的需求，主要來自于監管機構的影響，如FDA、EU等：增長的通訊需求，例如網絡通信、M2M、智能網絡等的增長。多核和虛擬化可以幫助實現上述需求。為了簡化系統復雜性，風河主要通過建造和測試集成的平臺的方法，讓多操作系統看起來像一個系統，并采用simics仿真整個系統。

Tomas特別提到了Simics仿真器，主要分為兩個方面：首先是開發階段，在客戶拿到處理器之前就可以進行開發；其次是幫助調試、分析和測試。例如，2010年6月風河推出的Simics 4.4虛擬系統開發方案，使工程團隊可以利用目標硬件的虛擬表達來定義、開發和部署自己的產品。Simics 4.4支持全面的系統仿真，OEM廠商可由此在虛擬平臺上完成重要的軟件開發活動，而不受限于任何硬件開發日程、芯片上市時間或其他限制。Simics支持ARM、Intel、MIPS和PowerArchitecture等多種硬件架構。

到底多少核合適?

多核帶來的優勢一方面是性能提高，一方面是集中化。原來不同的處理要一個板子或幾個機箱，但現在你只要把它們放在一個或幾個芯片里。這就帶來了集中化的概念，就是把原來的不同的、更大體積東西集中在一起。優勢就是制造成本降低、減少耗電、減少設備空間。

多核應用主要有兩種場合。在網絡交換等環境中，所有核都集中起來做同樣的事情，像包交換的數據包之間不相關、沒有依賴性，所以這種場合可以大量地使用多核。并可同時運行多種程序。例如，在處理防火墻時有384個核的系統，每個CPU配置16核，這些大量并行的程序在運行時不需要等待，它們會找到合適的核來運行。在另一種場合中，如機器人，任務是相互依賴的，需要相互等待，就不能同時運行多種程序，這時需要把任務分開，讓不同的核去做不同的事情。風河的工作是當任務可以互相分開時，幫客戶找到所有能分的地方分開；如果分不開，就一段段地切割。

據悉，多核的發展以及風河的拳頭產品——VxWorks和Wind River Linux依然是本次活動的熱門話題。不久前發布的風河新一代Linux平臺一一Wind River Linux 4再次把Linux開源社區的創新技術轉化為商用化、可支持的產品。目前wind River Hypervisor1.2也剛剛發布。