無(wú)線(xiàn)應用：Zynq All Programmable SoC的OS選擇考慮因素

　　隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)數據吞吐量的爆炸式增長(cháng)，數字信號處理技術(shù)和無(wú)線(xiàn)電設備在改進(jìn)方面面臨著(zhù)巨大壓力。目前的重點(diǎn)放在4G LTE。4G網(wǎng)絡(luò )正在世界各地大規模部署。而且現在我們看到5G網(wǎng)絡(luò )的早期研發(fā)工作也已經(jīng)展開(kāi)，其目標是在4G網(wǎng)絡(luò )的基礎上將數據容量再提升上千倍。這種新興的技術(shù)發(fā)展給系統廠(chǎng)商提出了不斷發(fā)展變化的新要求——他們必須提升系統集成度和系統性能，降低系統材料清單(BOM)成本，提高設計靈活性，并加速產(chǎn)品上市進(jìn)程等。

　　傳統ASIC器件支持的硬件解決方案雖然可以實(shí)現功耗和成本目標，但偶生工程成本(NRE)極高、靈活性差且產(chǎn)品上市進(jìn)程非常緩慢。為了滿(mǎn)足這些要求并應對這些挑戰，賽靈思向行業(yè)推出了All Programmable SoC(APSoC)架構，并將其成功實(shí)現在Zynq-7000產(chǎn)品系列中。

　　Zynq-7000器件采用賽靈思APSoC架構并通過(guò)硬件、軟件和I/O可重編程功能可實(shí)現更大的系統級差異化、更高的集成度和靈活性(圖1)。Zynq-7000器件自2011年12月推出以來(lái)，已廣泛應用于通信、數據中心、汽車(chē)、工業(yè)、航空航天與國防等眾多市場(chǎng)領(lǐng)域。對通信市場(chǎng)(尤其是無(wú)線(xiàn)應用領(lǐng)域)而言，Zynq-7000帶來(lái)了獨特的優(yōu)勢：其集成式可編程邏輯(PL)專(zhuān)門(mén)針對數字信號處理進(jìn)行了精心優(yōu)化;其ARM Cortex A9處理子系統(PS)能夠高效實(shí)現典型無(wú)線(xiàn)設備(例如遠端射頻單元和無(wú)線(xiàn)回程單元)的控制功能。

　　圖1：Zynq-7000 All Programmable SoC架構

　　在構建基于Zynq APSoC器件的無(wú)線(xiàn)應用時(shí)，必須選擇能滿(mǎn)足應用需求的操作系統。為此，針對不同的無(wú)線(xiàn)應用，需要考慮幾個(gè)關(guān)鍵因素：

　　1. 電信級運營(yíng)能力：對電信級系統，一般要求系統可靠性達到99.999%。單元在正常工作時(shí)間可靠性必須達到這么高。從運營(yíng)的角度講，它代表對系統各項特性的支持，比如冷/熱啟動(dòng)、故障監測、檢測和處理以及冗余。

　　2. 實(shí)時(shí)處理：實(shí)時(shí)意味著(zhù)可預測的響應時(shí)間，而不僅僅是“非?？?rdquo;。遠端射頻單元與無(wú)線(xiàn)回程處理相比有不同的實(shí)時(shí)要求。無(wú)線(xiàn)電設備信號處理任務(wù)重，用于支持信號處理的處理器必須滿(mǎn)足嚴格的時(shí)序預算要求。

　　3. 診斷：為支持現場(chǎng)診斷和事后診斷，需要采集和存儲大量性能測量數據和日志數據。因此應具備跟蹤和管理對無(wú)線(xiàn)應用具有重要意義的部分關(guān)鍵指標的能力，比如性能衡量與統計指標、CPU利用率和故障監控指標、OS任務(wù)切換指標和事件歷史指標等。

　　4. 工具和協(xié)議集成：調試與診斷環(huán)境全面集成，加上部分OS廠(chǎng)商提供的一些特定的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧，有助于設計人員開(kāi)發(fā)和維護有效的系統。

　　Zynq SoC集成有兩個(gè)ARM Cortex A9內核。軟件架構師需要在目前支持的兩種多處理器架構之間做出選擇：SMP(對稱(chēng)多處理)或AMP(非對稱(chēng)多處理)。如圖2所示，在SMP系統架構中，兩個(gè)或更多完全相同的處理器共享資源，運行一個(gè)OS實(shí)例。理論上，這種架構在同一OS實(shí)例下將平等對待所有處理器。與相反之，AMP架構會(huì )區別對待每個(gè)處理器，不管是否有OS實(shí)例，處理器之間也彼此隔離。沒(méi)有運行OS的內核可能在運行一段被視為“裸機”實(shí)例的微代碼。