合理選擇嵌入式系統的多處理器

2004年5月A版

　　在許多嵌入式系統設計中，成本要求壓倒一切。為了降低成本，設計者往往在整個(gè)系統中只用一個(gè)微處理器，因為元件越少成本越低。但是，將作業(yè)分配給多個(gè)處理器會(huì )簡(jiǎn)化設計和縮短面市時(shí)間，可對附加的成本獲得超量的補償。當然應該根據設計特性來(lái)尋求解決方案，要記住增加一個(gè)輔助處理器對系統成本的影響是有正有負，必須進(jìn)行全面考核。

　　在好處方面，輔助處理器可降低對主處理器性能的要求，可選用較便宜的產(chǎn)品。輔助處理器還可簡(jiǎn)化接線(xiàn)，主處理器通過(guò)串行總線(xiàn)與智能輔助處理器連接，而無(wú)需用并行總線(xiàn)作直接控制，簡(jiǎn)化接線(xiàn)顯然比較節省和減少噪聲問(wèn)題。

　　然而，潛在的最大好處是使用輔助處理器可簡(jiǎn)化設計的開(kāi)發(fā)和除錯，例如，將功能分配到不同的器件可簡(jiǎn)化軟件結構，使整合和除錯比較容易，并且可進(jìn)行并行開(kāi)發(fā)和加快設計過(guò)程。甚至可促進(jìn)輔助處理器功能硬件的軟件再用，加快后端的設計。結果，這些好處可使產(chǎn)品更快地推向市場(chǎng)。

　　當然，需要作出權衡?？紤]的問(wèn)題之一是會(huì )增加處理器的成本，但是問(wèn)題不大，許多處理器的批量單價(jià)只有1美元。更大的潛在困難是在主、輔處理器不能共用同樣開(kāi)發(fā)工具的情況下，輔助處理器開(kāi)發(fā)工具的成本。顯然，明智的設計隊伍可選擇適于多種多處理器設計用的輔助處理器，結果是工具成本分攤到多個(gè)設計中，減輕了總成本的增加。還有可大批量購買(mǎi)元件，以便獲得更高的折扣。

多處理器和總線(xiàn)

　　對多處理設計帶來(lái)的軟件變化應該作出全面權衡。單一功能的設計不可能從多處理器獲得好處，然而，許多設計需要多種功能，并行執行作業(yè)，此時(shí)多處理器可發(fā)揮更大作用。最好的情況是，多個(gè)作業(yè)相對獨立，涉及多個(gè)I/O通道，許多功能即可從主處理器遷移到輔助處理器。

　　選擇合適的總線(xiàn)，對成本同樣具有重要意義，對比的性能包括連接線(xiàn)數目、速率、協(xié)議、地址，微控制器通用的主要通信總線(xiàn)性能如表1所示。

　　這里著(zhù)重介紹MDB(多節點(diǎn)總線(xiàn))，它只有兩根連線(xiàn)，速率較低，主/從結構，地址32個(gè)，半雙工運行，兩根連線(xiàn)分別傳送時(shí)鐘和數據。由于MDB在四種總線(xiàn)中物理結構最簡(jiǎn)單，容易實(shí)現，被選作為自動(dòng)售貨機構件標準。MDB的通信開(kāi)銷(xiāo)比較慢，發(fā)送命令和獲得響應大約要用40ms，如表2所示。

舉例：自動(dòng)售貨機

　　無(wú)人值守的自動(dòng)售貨機(VM)需要每天24小時(shí)連續工作；客戶(hù)放入硬幣或紙幣，售貨機自動(dòng)送出產(chǎn)品，它由幾種構件組成：自動(dòng)售貨機控制器，作為嵌入式主處理器；硬幣讀出器；紙幣讀出器；卡讀出器；鍵盤(pán)輸入；顯示輸出；馬達和傳感器控制；維護端口；互聯(lián)網(wǎng)通信。

　　因為自動(dòng)售貨機功能比較復雜和I/O較多，嵌入系統必須招待并行、異步作業(yè)。如果采用單處理器的嵌入式系統，則需要與許多復雜的構件作并行連接，如圖1所示。如果采用多處理器的嵌入式系統，將處理功能分配到構件中(如馬達控制、硬幣讀出、讀卡器等)，則可使主處理器和I/O連接明顯簡(jiǎn)化，功能增強，響應加快，如圖2所示?！?BR>