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全球對計算功率和性能日益增長(cháng)的需求已經(jīng)將嵌入式計算推向多核系統發(fā)展路徑。該遷移帶來(lái)一系列復雜的問(wèn)題：我該如何遷移傳統軟件，使其與多核硬件一起使用？ 我是否需要通過(guò)虛擬化實(shí)現更高性能? 我如何能夠在一個(gè)對我來(lái)說(shuō)可以承擔的功率范圍中獲得所需的性能？ 通過(guò)結合高性能硬件；強大的、用戶(hù)友好型軟件和工具；以及廣泛的開(kāi)放式生態(tài)系統，飛思卡爾可以幫助您解決這些問(wèn)題和更多其他問(wèn)題。 雖然向多核的遷移開(kāi)始于網(wǎng)絡(luò )和無(wú)線(xiàn)基礎設施等高端應用，多核也開(kāi)始用于過(guò)去應用較少的領(lǐng)域，例如汽車(chē)、工業(yè)控制應用的安全關(guān)鍵領(lǐng)域、以及打印機和影像應用—可以使用更高速度和功率的任意應用。向全球網(wǎng)絡(luò )連接性的遷移給網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)巨大壓力，并增加了對更高處理功率的需求。如果沒(méi)有呈幾何級增長(cháng)的功率，單線(xiàn)程性能無(wú)法繼續提高，這種方法會(huì )影響系統成本和可靠性。為了將功率保持在可以管理的等級，應用必須遷移至多核，而不是不斷增加頻率。 實(shí)現多核性能等級不像向系統中添加更多內核那樣簡(jiǎn)單。當從單核遷移至多核硬件時(shí)，出現許多與傳統軟件的遷移有關(guān)的復雜問(wèn)題�？傮w來(lái)看，在這種遷移和多線(xiàn)程編程領(lǐng)域軟件工程師缺乏培訓。虛擬化對于最大限度發(fā)揮多核硬件投資的價(jià)值至關(guān)重要，是一種截然不同的思考操作系統和資源分區的方式。當您在解決方案中添加更多處理功率時(shí)，多核系統當然無(wú)法避免發(fā)生問(wèn)題：功耗。 飛思卡爾是世界領(lǐng)先的嵌入式處理技術(shù)提供商，至今已向世界各地發(fā)送了3億多個(gè)通信處理器。我們的多核QorIQ通信處理器、面向片上基站無(wú)線(xiàn)系統的QorIQ Qonverge平臺和VortiQa軟件解決方案 — 在全球有眾多經(jīng)驗豐富的現場(chǎng)支持工程師和強大、開(kāi)放的合作伙伴生態(tài)系統—將我們的嵌入式處理技術(shù)帶入新網(wǎng)絡(luò )紀元。 軟件問(wèn)題 向多核遷移路徑中兩個(gè)巨大的障礙都涉及軟件。 第一個(gè)問(wèn)題是其中的一項遷移。 用于單處理器順序執行程序的數百萬(wàn)行傳統代碼必須遷移以便保護投資。 在映射和遷移變得更加簡(jiǎn)單和更加高效之前，從單核遷移至多核系統在某種程度上將非常困難。 第二個(gè)問(wèn)題是缺乏關(guān)于多核系統編程的基本知識。 從硬件來(lái)看，安裝多個(gè)內核非常簡(jiǎn)單，但是與以前的單核編程相比，多核編程需要不同的思路和不同的培訓。 飛思卡爾在培訓和工具上進(jìn)行了大量投資，使向多核遷移變得更加簡(jiǎn)單。QorIQ多核軟件開(kāi)發(fā)套件(SDK)和CodeWarrior開(kāi)發(fā)工具等開(kāi)發(fā)工具有助于移植流程。飛思卡爾和我們的合作伙伴還提供用于仿真和建模分析的工具，包括處理器分區的“假設”分析。 開(kāi)發(fā)人員的培訓始終是需要關(guān)注的重點(diǎn)。提供了在多核處理器上重新映射序列應用的流程的真實(shí)案例，飛思卡爾還根據這些研究為開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)了應用說(shuō)明、演示文檔和文章。 飛思卡爾預計約有60%至70%的多核研發(fā)預算都用在軟件而不是硬件上。飛思卡爾始終關(guān)注這一點(diǎn)，使多核產(chǎn)品對軟件的適應性非常強。 飛思卡爾在QorIQ平臺架構中設計了許多功能，提高了軟件工程師在遷移舊代碼和編寫(xiě)新代碼方面的工作效率。之前已經(jīng)提到，軟件研發(fā)時(shí)間占到60%至70%，根據預計有超過(guò)50%的時(shí)間用在調試軟件和優(yōu)化性能。飛思卡爾的產(chǎn)品幫助縮短這一時(shí)間，并使軟件工程師更加高效。 例如，飛思卡爾的用戶(hù)空間數據路徑加速架構(USDPAA)軟件比傳統的通過(guò)內核訪(fǎng)問(wèn)驅動(dòng)器的方式在性能上有很大的提高。該軟件包含通過(guò)多個(gè)CPU內核支持簡(jiǎn)化共享網(wǎng)絡(luò )接口和加速器的硬件組件。隊列管理器和緩沖器管理器組件提供了基礎架構，用于與內核、硬件加速器和接口之間往復傳遞數據包。軟件通過(guò)稱(chēng)為門(mén)戶(hù)的硬件組件訪(fǎng)問(wèn)數據路徑加速架構。USDPAA是一款使Linux?用戶(hù)空間應用能夠通過(guò)高性能的方式直接訪(fǎng)問(wèn)門(mén)戶(hù)的軟件框架。USDPAA幫助傳統Pthread/用戶(hù)空間應用的開(kāi)發(fā)和移植變得非常簡(jiǎn)單。 虛擬化和可視性 多核開(kāi)發(fā)與單核開(kāi)發(fā)不同的另一個(gè)方面是如何集成軟件和硬件。第一代多核處理器具有相同內核的多個(gè)實(shí)例。從另一方面來(lái)說(shuō)，飛思卡爾QorIQ Qonverge平臺在一個(gè)芯片上混合了處理元件： Power Architecture?內核、StarCore DSP和多個(gè)加速引擎。未來(lái)的產(chǎn)品將在一個(gè)芯片上提供更多內核，并且在一個(gè)芯片上混合不同的內核類(lèi)型。最大的區別是所有內核都將被虛擬化。在一個(gè)虛擬化的系統中，應用的每個(gè)任務(wù)都需要映射至相應的處理模塊。目前，該流程需要很多人力來(lái)完成。必須提供以更緊密的方式集成的分區工具、映射工具和分解工具，使軟件工程師能夠快速可視化分區，根據性能、功率、存儲器等執行“假如”分析，然后選擇目標實(shí)施并執行。 下一個(gè)步驟是調試應用。該步驟的關(guān)鍵是能夠觀(guān)察這些復雜芯片的所有等級。大多數芯片在處理器內核等級都將具有可視性，但是您最終需要完整的內部可視性，包括I/O、存儲器控制器和加速引擎。當您具有可視性以后，您還需要可控制性。 您是否能夠以非常精細的方式控制這些具有許多內核和不同內核類(lèi)型的高度復雜的芯片？ 您是否能夠控制數據的移動(dòng)方式？為了找到答案，您可以針對數據如何移動(dòng)執行快速的“假如”分析。這使您可以獲得系統可視性。然后，您擁有了一個(gè)“旋鈕”，您可以從來(lái)自“假如”分析的目標方案中獲得更高性能。這涉及軟件和硬件。 芯片中如果沒(méi)有正確的調試hook，它將不具有可視性。如果調試hook存在，但是API未將其暴露給工具和調試器，將沒(méi)有可視性。如果沒(méi)有芯片hook也將沒(méi)有可控制性，并且hook應與工具套件集成。 飛思卡爾QorIQ多核SDK和CodeWarrior開(kāi)發(fā)工具嵌入了廣泛的可視性，可接入至我們的處理器中，因此開(kāi)發(fā)人員可以完全利用內核和資源，并調試復雜的片上交互。 飛思卡爾的嵌入式管理程序對于虛擬化非常重要，它是嵌入式通信處理領(lǐng)域第一款具有最高性能的處理器。管理程序是系統級軟件，允許多個(gè)操作系統訪(fǎng)問(wèn)常用外設和存儲器資源，并且在多個(gè)內核之間提供通信機制。 在一個(gè)多核系統中，任務(wù)不應以物理的方式映射至處理資源。如果資源進(jìn)行虛擬化，那么任何任務(wù)都可以訪(fǎng)問(wèn)任何虛擬資源，以便使工作完成。這使計算資源能夠靈活、有彈性并且不會(huì )硬性綁定至任何任務(wù)。例如，作為嵌入式應用中的虛擬化選擇，在基于飛思卡爾Power Architecture的多核SoC中支持基于Linux內核的虛擬機(KVM)。這是一個(gè)非常復雜的領(lǐng)域，飛思卡爾投入了巨大的資金，以便為客戶(hù)提供多核系統最重要的優(yōu)勢之一： 靈活的資源使用。 面向多核設計的硬件 由于系統有了更多的多核處理器和處理能力，因此需要將不同應用上的硬件充分利用起來(lái)，這些應用在整個(gè)系統解決方案內可能并行運行，執行不同的任務(wù)。在多核系統中，許多不同的應用都需要訪(fǎng)問(wèn)外設和SoC。例如，您可以在SoC接入多個(gè)內核，但是無(wú)法始終在系統中增加相應的I/O，因為受到芯片中引腳數量的限制。為了將八個(gè)內核集成至SoC，并且能夠使兩個(gè)以太網(wǎng)端口對于不同內核以多個(gè)以太網(wǎng)端口的形式出現，您必須添加針對不同應用隔離SoC的不同部分的虛擬化技術(shù)。軟件芯片在該單一SoC上運行，同時(shí)感知底層硬件具有為其提供的數量顯著(zhù)較大的資源。 飛思卡爾的優(yōu)勢之一在于我們如何在SoC中采用該虛擬化并提高性能。當飛思卡爾開(kāi)始開(kāi)發(fā)多核SoC時(shí)，我們需要基于不同的應用類(lèi)型以許多不同的方式為其提供安全、可靠的分區方式�；诂F有SoC基礎設施開(kāi)發(fā)多核SoC的一個(gè)常見(jiàn)方式是使用共享總線(xiàn)。但是，該方法限制帶寬和延遲。飛思卡爾從一開(kāi)始就解決了這些架構挑戰。 利用具有規模合適的互聯(lián)，因為SoC本身是一個(gè)小型網(wǎng)絡(luò )，各個(gè)SoC組件之間不會(huì )爭用資源。從一開(kāi)始起，針對在我們客戶(hù)的系統中指配多核器件的最佳方式，飛思卡爾已經(jīng)制定了多個(gè)架構和應用級決策。 節省能源 在關(guān)注多核能源管理方面，飛思卡爾具有多年的歷史。符合美國的EnergyStar、日本的Top Runner和EU Code of Conduct等協(xié)議使我們的客戶(hù)能夠隨時(shí)間推移節省能源。我們的PowerQUICC 8315、8536處理器和QorIQ P1022處理器具有數據包無(wú)損以太網(wǎng)等功能，可以使設備進(jìn)入深度睡眠模式。該模式關(guān)閉內核和緩存，并從SoC中去掉電源。SoC的各個(gè)部分是有效的，并且能夠處理一些關(guān)鍵事件，可以在合適的時(shí)間、合適的條件下喚醒設備。當有效負載被處理后，它將進(jìn)入深度睡眠模式。QorIQ P1022處理器用于打印機等EnergyStar設備，并滿(mǎn)足多種能源要求，例如在深層睡眠模式中只有200–300毫瓦的損耗。 飛思卡爾另一個(gè)領(lǐng)先的節電技術(shù)稱(chēng)為級聯(lián)電源管理。在非峰值活動(dòng)期間，該技術(shù)將任務(wù)轉向較少數量的內核，以便空閑內核可以進(jìn)入最小功率或“昏睡”狀態(tài)。當數據包流量再次增加時(shí)，該技術(shù)允許返回至全負載條件。級聯(lián)電源管理不像節電技術(shù)那樣簡(jiǎn)單，它也是一個(gè)以更高效的方式分發(fā)數據包處理的工作負載管理技術(shù)。 成功的多核合作伙伴 知識非常豐富的全球現場(chǎng)工作人員是多核遷移成功的關(guān)鍵組件。在多核處理器出現之前，飛思卡爾也幫助我們的客戶(hù)通過(guò)高性能嵌入式處理器將產(chǎn)品推向全球市場(chǎng)，飛思卡爾在嵌入式處理領(lǐng)域擁有世界最大的現場(chǎng)工程師團隊之一。多核應用的軟件非常復雜。經(jīng)驗豐富的合作伙伴可以幫助您設計、調試和優(yōu)化。 通過(guò)我們的Freescale Connect Partner計劃，飛思卡爾繼續與嵌入式行業(yè)中的領(lǐng)先軟件和工具公司密切合作，以幫助確保全面的解決方案能充分利用 QorIQ架構的優(yōu)勢。飛思卡爾擁有一個(gè)開(kāi)放、廣泛的生態(tài)系統，以便簡(jiǎn)化向多核架構的遷移。我們的首選合作伙伴包括Enea、Green Hills、Mentor Graphics和QNX，提供在QorIQ平臺上實(shí)現最高性能的優(yōu)化集成解決方案。廣泛的合作伙伴組合包括6Wind、Critical Blue和Wind River，幫助加快向多核的遷移，并縮短上市時(shí)間。 行業(yè)正在遇到一個(gè)轉折點(diǎn)，那就是通過(guò)添加更多內核來(lái)解決性能問(wèn)題將不再能夠提供所需的性能改進(jìn)。市場(chǎng)正在從簡(jiǎn)單直接的方法向更加精密的功率管理和軟件技術(shù)轉變。 多核的下一步發(fā)展趨勢是什么？ 多核市場(chǎng)的未來(lái)將由對于速度更快的硬件的需求推動(dòng)，以便處理更多工作負載，并解決現有網(wǎng)絡(luò )存在的成本壓力問(wèn)題。服務(wù)提供商和OEM必須通過(guò)具有更高性能的系統做出響應，以便保持網(wǎng)絡(luò )中的流量質(zhì)量。在I/O性能方面將出現逐步增加，通過(guò)這種方式可以確定處理I/O類(lèi)型和為處理不斷增加的工作負載可以在SoC中使用的內核和存儲器緩存數量。 雖然硬件是市場(chǎng)的引擎，軟件將決定其過(guò)程。通常，開(kāi)發(fā)工具落后于技術(shù)變革。但是，在多核領(lǐng)域，進(jìn)程應該以其他方式出現。市場(chǎng)將見(jiàn)證廠(chǎng)商投入更多努力幫助開(kāi)發(fā)人員創(chuàng )建并優(yōu)化多核應用。軟件將提高總體系統性能，因此有許多工具可以為優(yōu)化應用提供支持。通過(guò)這些系統將可以交付更多的多核軟件內容—不僅是設備的支持驅動(dòng)，還包括更多的中間件和虛擬化軟件，以及利用它們的其他參考應用。將提供更多面向多核的優(yōu)化操作系統，以幫助對這些設備進(jìn)行排程。 總結 多核解決方案可以使互聯(lián)社區獲得更好的生活質(zhì)量。無(wú)論是用于全球網(wǎng)絡(luò )、移動(dòng)無(wú)線(xiàn)基礎設施、智能電網(wǎng)、自動(dòng)化工廠(chǎng)、智能醫院、航空航天和國防，我們的高級多核硬件、支持軟件和飛思卡爾全球技術(shù)團隊都可以幫助簡(jiǎn)化您向多核的遷移。 QorIQ通信處理器 QorIQ通信系列產(chǎn)品為多核交付了更加智能的方法—提供從單核到多核的連貫遷移途徑—以及從32位到64位。 現在，通過(guò)超過(guò)25種強大的產(chǎn)品，QorIQ平臺成為業(yè)界最廣泛的通信處理器系列，它使客戶(hù)能夠跨越廣泛的性能、能源消耗和成本點(diǎn)應對機遇并部署其解決方案，面向從功率受限的設備到具有最高性能的多核設備。 隨著(zhù)QorIQ系列已經(jīng)在大量的網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域應用中廣泛部署，這些高性能SoC解決方案也在不斷地由工業(yè)應用市場(chǎng)所采用。所有QorIQ處理器都在高性能內核、加速器、存儲器控制器和數據路徑架構之間提供了優(yōu)化架構平衡。 安全引導技術(shù)是QorIQ平臺值得信賴(lài)的架構的基石，它創(chuàng )建了一個(gè)值得信賴(lài)的系統，引導并執行唯一可靠的代碼，以保護核心系統不受到損害。QorIQ系列具有無(wú)以倫比的廣度，面向廣泛的性能、能耗和成本點(diǎn)提供解決方案，從小型功率受限的設備到計算密集型多核設備，面向電信、網(wǎng)絡(luò )和工業(yè)連接性應用。訪(fǎng)問(wèn)freescale.com/QorIQ了解更多資源，包括QorIQ產(chǎn)品概述手冊。 高性?xún)r(jià)比的QorIQ處理器系列 高性?xún)r(jià)比的QorIQ通信處理器系列提供了具有可擴展性能、高度集成和高級電源管理的入門(mén)級器件。 通過(guò)以低于10瓦特交付高達1.4 GHz的 CPU內核性能，該系列提供面向小型和無(wú)風(fēng)扇設計帶來(lái)極高每瓦特性能的引腳兼容系列。 中等性能的QorIQ處理器系列 中等性能等級的QorIQ通信處理器優(yōu)化了面向控制、服務(wù)和混合數據平面處理的數據包處理性能和I/O豐富性，同時(shí)以低于25瓦特交付高達1.8 GHz的CPU內核性能。該系列器件提供了來(lái)自高性?xún)r(jià)比系列的引腳兼容性，以便在硬件和軟件領(lǐng)域最大程度利用研發(fā)投資。另外，中等性能系列器件逐代提供了顯著(zhù)的性能提高，同時(shí)優(yōu)化了功耗和成本。 高性能QorIQ處理器系列 高性能QorIQ通信處理器系列繼續為控制、服務(wù)和混合數據平面處理提供額外的特性集，同時(shí)在嵌入式功率范圍中交付了高達2.4 GHz的CPU內核性能。該系列器件通過(guò)向上遷移從高性?xún)r(jià)比系列到中等性能系列提供了擴展性，在硬件和軟件領(lǐng)域最大程度利用研發(fā)投資。高性能系列器件在一個(gè)逐代實(shí)現的精細功率范圍中交付了均衡的計算性能密度。 QorIQ Qonverge平臺 QorIQ Qonverge平臺是采用高級異構多核技術(shù)構建的高度集成的片上基站組合。 該平臺將我們的SoC專(zhuān)業(yè)技術(shù)與以下特性相結合： 1.e500和e6500 Power Architecture內核 2.SC3850和SC3900 StarCore DSP內核 3.多加速器平臺引擎(MAPLE)技術(shù) 4.面向安全性和數據路徑的加速引擎 |
