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可配置处理器值得尝试一下

姚琳?? EDN China技术编辑?? 2007年09月11日 ?? 收藏0

  处理器是现代电子工业的核心器件之一,在每一个需要控制、输入输出、数据计算的电子设备上,都至少要有一个处理器。在近20年中,各个半导体公司推出了成千上万种处理器,从早期的Intel公司的8080、8088,摩托罗拉公司的68000,到上世纪80年代的Z80、8051,20世纪90年代大放异彩的奔腾系列。当然,目前风头最劲的要数Intel公司的Core 2了。这些处理器都有一个共同点,就是每个处理器架构确定下来之后,基本上就不能变化了。

  处理器早已褪下神秘的面纱,对于很多厂商来说,设计一款处理器并不是难事。让处理器拥有尽可能长的生命周期,整合各种外设,具有性能不断升级的潜力,利用平台化设计对IP和设计进行重用,不断提高编译器的性能,提供易用的开发工具,具有性能和成本优势,并且有足够长的生命周期,这些才是真正有挑战的工作。

  以往的众多处理器都有一个共同的特点,即架构、指令集、中断类型、总线宽度、处理流程等是不能改动的。首先是开发一款处理器就已经对很多应用的需求做了细致的分析,能够满足一段时间内应用需求的变化。再者,开发处理器不是只做出芯片就完事了,还要在编译器、开发调试工具、操作系

统支持等方面进行长期的投入,才能保持成本和性能优势。

  如果要更改指令集和架构,就必须同时更改编译器、调试器、驱动程序、引导程序等一大堆东西。用户需要学习新的指令、架构、中断处理等,老代码需要重新编译才能使用。这对生产商、用户都将是一项巨大的工程,对已有的投资是巨大的浪费,因此,以往的处理器都尽量保持向下兼容,即兼容老的指令集和代码、中断方式、堆栈处理等。

  不过,现在都流行定制了,从服装、家居、手机、PC等都开始流行定制,BMW甚至能够根据用户的喜好提供车内装饰的定制。处理器也能定制吗?答案是肯定的,Tensilica等公司推出的可配置处理器就能为应用提供量身定制的处理器。

  做可配置处理器可不是为了好看或者满足用户的某种特殊偏好,在讲求性能、功耗、成本的半导体市场上,推动某项技术的唯一原因就是应用。

  在家电、仪表、汽车、办公设备等许多传统应用上,传统的4位、8位、16位和32位处理器都能满足很多应用的需求。

  但现在的便携式多媒体应用中,如手机电视,既要求有非常好的处理性能,又要求非常低的功耗。网络路由交换、网络存储、光通信、低功耗无线设备、基站、办公设备、数字电视、机顶盒、游戏设备等也有同样的需求,传统的固定架构处理器有时候满足不了这种需求。

  例如,当IC设计师发现,对高清音频信号进行编解码时,16位的MAC单元满足不了要求,必须要进行两次运算才能处理完一个数据,而用32位的MAC单元又会造成性能和硅片面积的浪费,他会想,是否可以用一个24位的MAC呢?遗憾的是,传统的处理器并没有提供这种功能,那他就必须自己开发一款处理器。前面已经提到,开发一款合适的处理器并不是一件轻松的事。

  如果能把条件做为输入,通过软件就能生成包括指令集、中断、总线架构、MAC单元、缓冲器、DSP等在内的处理器设计,还生成相应的编译器、汇编器、仿真器、操作系统接口等,岂不就是可以自己定制处理器了吗?Tensilica等公司所提出的可配置处理器概念即源于此。

  虽然可配置处理器技术有诸多好处,但真正有实力做出来的厂商寥寥无几,目前只有Tensilica和ARC International两家公司。由于ARC International在编译器、操作系统支持上始终无法取得突破,在性能上的优势也不明显,因此目前唯一能够提供完整成熟的解决方案的只有Tensilica公司。成立于1997年的Tensilica公司在1999年推出了第一代产品,目前全球有200多家客户,其中不乏AMD、Broadcom、Nvidia、Cisco等业界巨头。目前在国内有8家客户,分布在无线通信、消费电子、手机电视、网络通信等行业。

  目前,Tensilica公司的主要产品有Xtensa可配置处理器、Vectra DSP引擎、Diamond标准处理器、HiFi 2音频引擎、XPRES编译器,主推的核心产品是Xtensa处理器。

  Tensilica的Xtensa LX处理器可以自由配置、可以灵活扩展并且能够自动生成。设计者能够根据特殊的应用灵活配置处理器,即对处理器结构进行相应的裁减,使处理器性能和特殊应用达到完美的匹配。同时,利用Tensilica指令扩展(TIE)技术,加入设计者自定义的硬件辅助执行单元,可以得到与硬件设计相媲美的性能、面积和功率特性。

  作为面向特殊应用的可灵活配置和扩展的嵌入式微处理器,Xtensa LX处理器有其独特的设计流程,该流程包括从处理器配置到具体硬件实现的完整过程。其中,基于Xtensa LX处理器设计的一个重要特点就是需要借助Tensilica提供的处理器生成器(XPG)来自动产生用户自定义的处理器软件和硬件开发环境。该生成器位于Tensilica公司的服务器上,用户在设计过程中需要与其交互才能开发出满意的专有应用处理器。


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可配置处理器? IC设计? 便携式? 多媒体?

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