選擇嵌入式處理器曾經(jīng)是一項(xiàng)非常簡單的任務(wù)。當(dāng)然，這又回到了“過去”，當(dāng)時的重點(diǎn)是一組有限的功能，用戶界面和連接性并不重要，功耗也不是一個首要問題。在當(dāng)今的融合處理領(lǐng)域，單個設(shè)備可以執(zhí)行控制、信號處理和應(yīng)用級任務(wù)，因此需要考慮的因素很多（圖 1）。雖然處理器選擇過程有太多方面需要在此處詳細(xì)說明，但讓我們來看看系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須考慮的一些更突出的領(lǐng)域。

圖 1：當(dāng)今的融合處理范例使選擇處理器成為比以往更加復(fù)雜的決定。

處理器性能

系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員會反射性地將設(shè)備的處理速度視為其性能的主要指標(biāo)。這不是一個糟糕的開始，但它是一個不完整的評估。評估處理器每秒可以執(zhí)行的指令數(shù)量顯然很重要，而且評估在每個核心時鐘周期內(nèi)完成的操作數(shù)量和計(jì)算單元的效率也很重要。使用多核處理器作為極大擴(kuò)展設(shè)備計(jì)算能力（尤其是在同質(zhì)內(nèi)核的情況下）或明確區(qū)分控制處理與信號處理活動（通常使用異構(gòu)內(nèi)核）的方式已不再罕見。

硬件加速

當(dāng)然，這不僅僅是關(guān)于處理器內(nèi)核。為了執(zhí)行明確指定的功能，硬件加速器幾乎總是最省電的方法來執(zhí)行它旨在加速的功能。在使用加速器方面可以發(fā)揮作用的一個方面是它在軟件算法中使用的友好程度。對于全算法類型的加速器，例如 H.264 編碼器，通常不存在問題，因?yàn)樗旧鲜仟?dú)立的。然而，對于像 FFT 這樣的內(nèi)核類型的加速器，在更大的算法中使用加速器可能更具挑戰(zhàn)性?？纯从布δ苋绾螆?zhí)行以及它需要如何配置。

帶寬要求

帶寬估計(jì)是一個很容易過度簡化的過程，有時會產(chǎn)生不幸的結(jié)果。系統(tǒng)中的所有單個數(shù)據(jù)流必須相加（考慮方向性和時間窗口），以確保內(nèi)核能夠在分配的窗口內(nèi)完成其數(shù)據(jù)處理，并且各種處理器總線不會過載，導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞或系統(tǒng)故障。例如，對于視頻解碼器，設(shè)計(jì)人員首先需要考慮讀取需要解碼的數(shù)據(jù)。然后，有必要合并創(chuàng)建解碼幀序列所需的許多數(shù)據(jù)傳遞。這可能涉及內(nèi)部和外部存儲器之間的多個緩沖區(qū)傳輸。最后，設(shè)計(jì)人員必須考慮到顯示緩沖區(qū)到輸出設(shè)備的流式傳輸。

在考慮了所有數(shù)據(jù)流之后，需要構(gòu)建整體系統(tǒng)預(yù)算。此預(yù)算受多種因素影響，包括 DRAM 訪問模式（以及由此導(dǎo)致的性能下降）、內(nèi)部總線仲裁、內(nèi)存延遲等。

能源管理

將功耗限制在與臨時操作要求相稱的水平的能力對于保持電池壽命以及主電源供電系統(tǒng)的總體能源成本至關(guān)重要。處理器可以提供多種選項(xiàng)來優(yōu)化應(yīng)用程序的電源配置。其中一項(xiàng)功能是動態(tài)電源管理——能夠調(diào)整核心頻率和工作電壓以滿足一定的性能水平。另一個是多種電源模式的可用性，可在特定時間間隔內(nèi)關(guān)閉各種不需要的資源，包括存儲器和外圍設(shè)備。系統(tǒng)喚醒（通過通用 I/O、實(shí)時時鐘或其他激勵）是此電源模式控制的一個組成部分。電源管理的另一個靈活性是內(nèi)核、I/O 和存儲器的多個電壓域的存在，

安全需求

在過去幾年中，處理器安全性變得越來越重要。無論這樣的方案是否是系統(tǒng)的基線要求，在決定最終方向之前，必須從多個有利位置查看安全問題。安全需求通常采取平臺保護(hù)、IP 安全或數(shù)據(jù)安全的形式——或三者的某種組合。

需要平臺保護(hù)來確保在應(yīng)用程序中只運(yùn)行經(jīng)過身份驗(yàn)證的代碼。換句話說，是否必須主動阻止“流氓代碼”運(yùn)行？通過“流氓代碼”，我們指的是試圖訪問處理器上受保護(hù)信息或“劫持”處理器并獲得對更大系統(tǒng)的控制權(quán)的程序。平臺保護(hù)可以通過多種技術(shù)實(shí)現(xiàn)，在選擇時總是需要權(quán)衡取舍。與任何權(quán)衡一樣，隨著保護(hù)級別的提高，也會產(chǎn)生成本影響。另一個重要的考慮因素是整體安全方案在開發(fā)和生產(chǎn)中的易用性。

驗(yàn)證代碼的能力對于保護(hù) IP 和數(shù)據(jù)也至關(guān)重要。IP 安全需要一種方法來加密帶入處理器執(zhí)行的代碼映像，或者通過嵌入式閃存或無法通過外部機(jī)制訪問的內(nèi)部 ROM 將此 IP 存儲在處理器內(nèi)部。需要某種形式的數(shù)據(jù)安全性來確保數(shù)據(jù)進(jìn)出系統(tǒng)而不會受到損害。在某些情況下，特別是在低端微控制器中，安全性可能完全由嵌入式閃存處理，但在高端處理器上，應(yīng)用程序通過引導(dǎo)加載程序加載，該方案可能更復(fù)雜。

安全和容錯

在許多應(yīng)用中，安全顯然是主要關(guān)注點(diǎn)，例如汽車駕駛員輔助系統(tǒng)或閉環(huán)電源控制系統(tǒng)。然而，目前其他不那么明顯的應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)人員開始更加關(guān)心提高操作穩(wěn)健性水平。尤其是處理器內(nèi)置于較小的硅幾何尺寸（例如 28 納米或 40 納米）中，其中內(nèi)存中的軟錯誤可能會因?yàn)樽匀话l(fā)生的事件（包括 α 和 γ 粒子）而影響操作。在處理器選擇過程中，重要的是檢查處理器如何處理這些類型的錯誤，以及它如何響應(yīng)一般的意外事件。發(fā)生錯誤時可以采取哪些步驟？它如何向其他系統(tǒng)組件發(fā)出出現(xiàn)問題的信號？

調(diào)試能力

隨著應(yīng)用程序變得越來越復(fù)雜，開發(fā)過程也變得越來越復(fù)雜。當(dāng)處理器和應(yīng)用程序子組件的數(shù)量呈指數(shù)增長時，過去有效的捷徑可能不起作用?？紤]使用操作系統(tǒng)或?qū)崟r內(nèi)核的基于軟件的大型系統(tǒng)的系統(tǒng)級調(diào)試。處理器及其工具鏈?zhǔn)欠裼修k法在不影響應(yīng)用程序的情況下檢查處理器狀態(tài)？是否可以剖析和追蹤處理器所在的位置，或者捕獲所有感興趣的事件？在熟悉可用的調(diào)試級別之前，應(yīng)該回答所有這些問題以及更多問題。

系統(tǒng)成本

有時，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員關(guān)注處理器價格標(biāo)簽而不是整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本。不僅要考慮設(shè)備本身的成本，還要考慮所需的支持電路的成本——電平轉(zhuǎn)換器、接口芯片、膠合邏輯等。此外，封裝選項(xiàng)也起著至關(guān)重要的作用：一個處理器的封裝可能允許四層板設(shè)計(jì)，而另一個處理器的封裝可能需要昂貴的六層或八層板，因?yàn)榇嬖诓季€挑戰(zhàn)。最后，不要忽視額外的處理空間的價值，它可以允許未來的可擴(kuò)展性，而不會導(dǎo)致昂貴的處理器更換或電路板旋轉(zhuǎn)。

信號鏈

最后一點(diǎn)：處理器選擇應(yīng)與系統(tǒng)信號鏈要求的研究同步進(jìn)行。處理器供應(yīng)商是否也銷售連接到處理器的外圍設(shè)備？從同一個供應(yīng)商處購買多個系統(tǒng)組件通常是有利的——對于互操作性、客戶支持和整體定價優(yōu)勢。

準(zhǔn)備好選擇處理器了嗎？

如前所述，在處理器選擇階段還有許多其他方面需要考慮，但這里描述的注意事項(xiàng)應(yīng)該為開始這一關(guān)鍵過程提供良好的基礎(chǔ)。ADI 公司等供應(yīng)商提供各種符合所述選擇標(biāo)準(zhǔn)的處理器和其他組件。

作者：David Katz，Rick Gentile

審核編輯：郭婷