SoC集成中的處理單元性能評(píng)估及功能劃分

帶有多個(gè)處理單元的soc器件目前是產(chǎn)品設(shè)計(jì)鏈上的重要一環(huán)。本文綜合各種因素評(píng)估了不同處理單元的優(yōu)缺點(diǎn)，并通過(guò)衛(wèi)星無(wú)線電接收器的設(shè)計(jì)實(shí)例幫助開(kāi)發(fā)人員理解soc所涉及處理任務(wù)之間的復(fù)雜平衡并有效掌握系統(tǒng)功能的劃分。

　　在準(zhǔn)備開(kāi)發(fā)目前越來(lái)越復(fù)雜的便攜式系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)人員面對(duì)的最大挑戰(zhàn)之一就是采用什么樣的處理器組合來(lái)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的“3p”指標(biāo)，即系統(tǒng)性能最高、價(jià)格最低及功耗最小。系統(tǒng)級(jí)芯片（soc）集成使得今日的創(chuàng)新成為可能，但它常常涉及把不同的處理器單元結(jié)合在單一的器件之上。這些單元可以包括可編程功能，如通用微處理器（通常是risc）、dsp、fpga和加速器，而且還可能有固定功能的加速器。由于這些單元都可以專用器件形式獲得，因此對(duì)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，在它們之中進(jìn)行全面的性能評(píng)估，進(jìn)而決定以最有效的方式組合使用它們，有可能是一項(xiàng)相當(dāng)困難的工作。

　　處理單元的優(yōu)缺點(diǎn)分析

　　在實(shí)現(xiàn)多內(nèi)核處理器之前，在risc和dsp之間進(jìn)行挑選曾相對(duì)較為簡(jiǎn)單。如果大量的系統(tǒng)處理工作和數(shù)據(jù)有關(guān)，那么采用risc，即使信號(hào)處理會(huì)受些損失。如果大量的處理工作和信號(hào)有關(guān)，那么采用dsp，并力爭(zhēng)獲得差強(qiáng)人意的控制和數(shù)據(jù)處理性能。但對(duì)多內(nèi)核集成而言，考慮到要添加其它處理單元，這類選擇變得非常復(fù)雜。正確的答案不完全是技術(shù)性的，而是要基于優(yōu)化靈活性、便于使用、成本、功耗和性能多方面來(lái)考慮。

　　各種處理單元的基本優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)概括在表1之中。通用risc處理器專為數(shù)據(jù)處理而優(yōu)化，很容易使用而且很靈活，其成本、功耗和性能都可接受。dsp為實(shí)時(shí)信號(hào)而優(yōu)化，它們處理實(shí)時(shí)信號(hào)所需的功耗和成本通常比risc低，不過(guò)，它們常常更難使用。

表1 處理器單元優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

　　可編程加速器或半可編程處理器可設(shè)計(jì)用來(lái)數(shù)據(jù)或信號(hào)處理。一個(gè)例子就是用于通信系統(tǒng)的viterbi處理器，對(duì)viterbi編碼或解碼來(lái)說(shuō)它是完全可編程的，但對(duì)任何其它功能來(lái)說(shuō)毫無(wú)用處。就其功能而言，一個(gè)可編程加速器的成本、功耗總是比risc或dsp要低，而性能要高，但從本質(zhì)上講，它稍欠靈活、更難使用，而且對(duì)缺陷（bug）的容忍度低，不容易更改。

　　用于數(shù)據(jù)或信號(hào)處理的固定功能加速器（一般為asic）只能完成一種特定的功能。固定功能加速器總是一種成本最低、功耗最低、性能最高的解決方案，但它們?nèi)鄙偃魏纬潭鹊撵`活性。一旦asic設(shè)計(jì)出來(lái)并調(diào)試通過(guò)，到了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員手里，它會(huì)變得非常易用。但是其設(shè)計(jì)和調(diào)試與可編程器件相比非常困難，而且以后不可能進(jìn)行再編程。

　　劃分系統(tǒng)處理功能

　　盡管在各種處理單元之中做決定是一件復(fù)雜的工作，但有一個(gè)可行的選擇程序，就是把各種系統(tǒng)功能劃分到各種處理單元之中。把一個(gè)系統(tǒng)的處理需求映射到一個(gè)現(xiàn)有的多內(nèi)核soc之中，與通過(guò)映射處理需求創(chuàng)建一個(gè)新多內(nèi)核soc有所不同。然而，其過(guò)程是類似的。