eng
Выпуск #6/2005
В.Ломакин.
Высокопроизводительные микропроцессоры/микроконтроллеры класса "система на кристалле"
Высокопроизводительные микропроцессоры/микроконтроллеры класса "система на кристалле"
Просмотры: 2840
Сегодня все большую популярность у разработчиков приобретают компоненты, воплощающие концепцию "система на кристалле". Что же скрывается под этим термином? До сих пор четкого определения ему нет. Многие инженеры и специалисты по маркетингу подразумевают под ним микросхемы со сверхвысоким уровнем интеграции, содержащие на одном кристалле богатый набор различных функциональных модулей. Сам собой напрашивается немаловажный вывод - часто то, что в электронике называют "система на кристалле", на самом деле далеко не всегда является системой на одном кристалле. Что же необходимо для создания реальной системы на одном кристалле?
Для организации законченной микропроцессорной системы (например, для сетевых приложений, рис.1) процессору необходимы как минимум еще три внешних микросхемы - энергонезависимая память, системная оперативная память и Ethernet-трансивер физического уровня. При выполнении всей системы на одном кристалле, т.е. при создании системы на одном кристалле (рис.2) разработчик получает целый ряд технических и экономических достоинств: экономится место на печатной плате, улучшается динамика работы схемы, отпадает необходимость согласовывать работу различных модулей, сокращается число и удешевляется общая стоимость применяемых компонентов. Чтобы проанализировать, насколько возможно создание системы на одном кристалле, рассмотрим основные микропроцессорные/микроконтроллерные платформы, реализующие эту концепцию (см. таблицу).
Микропроцессор HyNet32XS/S компании Hyperstone
Компания Hyperstone, разработчик микросхем без собственных производственных мощностей, предлагает широкую номенклатуру 32-бит микропроцессоров и микроконтроллеров класса "система на кристалле", выполненных на базе RISC/DSP-архитектуры E1-32X. Благодаря объединению возможностей RISC- и DSP-процессоров компании удалось добиться увеличения производительности не за счет повышения тактовой частоты, а благодаря применению АЛУ для выполнения обычных RISC-команд и команд цифровой обработки сигнала. Процессоры выполняют команды прозрачно для пользователя с высокой степенью параллелизма, совместно используя набор регистров. Программы для микропроцессоров с архитектурой E1-32X, в сравнении с программами большинства RISC-процессоров, занимают более чем вдвое меньший объем памяти. Большая часть команд выполняется за один тактовый цикл. Микросхемы семейства предназначены для промышленных установок автоматизации, строительной техники, средств безопасности, систем "интеллектуального" дома, причем применение этих микросхем позволяет обойтись без дополнительных DSP-устройств.
32-бит микропроцессоры серии HyNet32XS на базе E1-32XR-ядра сочетают эксплуатационную гибкость с большим числом встроенных функций и интерфейсов, необходимых для сетевых решений (рис.3). Производительность микросхем серии - 220 MIPS и до 880 MOPS, тактовая частота - 220 МГц. Максимальная мощность, потребляемая микросхемой при работе в неблагоприятных условиях, не превышает 1,7 Вт.
Микропроцессор IP3K компании Ubicom
Микропроцессоры семейства IP3000 - революционная платформа, предложенная компанией Ubicom и отвечающая требованиям стандартов быстродействующих средств передачи данных и многофункциональных беспроводных устройств. Так, первая микросхема 32-бит микропроцессора IP3023-250 может использоваться в высокопроизводительных сетевых устройствах или оборудовании инфраструктур беспроводных сетей стандартов 802.11a/b/g (маршрутизаторах, мостах и приёмопередатчиках беспроводной сети). Как утверждают разработчики, микропроцессоры IP3023 по производительности в три раза превосходят сравнимые по составу системы на кристалле на базе ARM- и MIPS-ядер, а сопоставимые с ними по быстродействию процессоры намного дороже.
Микропроцессоры IP3000 имеют так называемую многопотоковую архитектуру ввода/вывода программного обеспечения (Multithreaded Architecture for Software I/O - MASI), специализированную для применения в сетевом беспроводном оборудовании. В микросхеме заложены такие возможности, как восьмипотоковый режим работы без издержек переключения контекста, характерных для обычных микропроцессоров (рис.4). Предусмотрен также режим пересылки команд между блоками памяти, что обеспечивает непосредственную полноскоростную обработку пакетов данных, хранимых в схемной памяти. Это, в свою очередь, позволяет обойтись без кэш-памяти и тем самым не только снизить стоимость процессора, но и избежать потери быстродействия из-за промаха кэша. В результате микропроцессор IP3023 обеспечивает скорость передачи, характерную для проводных систем. При этом он занимает лишь четверть площади кристалла обычных процессоров и позволяет на 90% сократить объем внешней памяти, требуемой для поддержки устройств с традиционной архитектурой и универсальной операционной системой.
Процессор IP3023 может работать как восемь отдельных устройств на частоте до 250 МГц с шагом 3,9 МГц. Ввод программного обеспечения может поддерживать до шести потоков. Архитектура микропроцессоров семейства позволяет интегрировать множество функций на кристалле как аппаратными, так и только программными средствами, в том числе поддержку интерфейсов 10/100 MII, 10Base-T Ethernet MAC/PHY, USB, GPSI, Utopia, PCMCIA, IDE, PCM Highway и CardBus/Mini PCI-интерфейса, присущего средствам мобильной связи стандартов 802.11a/g. Микропроцессор содержит ряд ключевых аппаратных блоков поддержки решений, необходимых для сетевой инфраструктуры, в том числе генератор случайных чисел, содействующий надежной реализации протоколов шифрования/защиты системы, а также устройство умножения с накоплением с фиксированной точкой, поддерживающее реализацию речевых/аудиокодеков и других задач обработки сигнала.
Микропроцессор NS9750 компании NetSilicon
Компания NetSilicon известна отмеченным наградой семейством NET+ARM-микросхем, обеспечивающих для встроенных сетевых приложений решения на базе системы на кристалле. Благодаря формированию полнофункциональной системы на кристалле, включающей средства поддержки Ethernet-трансивера физического уровня и систем отображения информации, наличию устойчивой к ошибкам периферии и свободных средств обработки для приложений с самыми высокими требованиями к производительности стоимость микросхем семейства достаточно низка. А поскольку разработчик аппаратуры приобретает полностью интегрированное и испытанное решение, риски, связанные с созданием новых систем, сокращаются.
Микропроцессор NS9750 - самый мощный в семействе систем на кристалле NET+ARM. Он выполнен на базе ARM 9 ядра - ARM926EJ-S - с такими расширениями, как блок управления памятью (MMU), сигнальный процессор, Java-ускоритель, кэши программ и данных объемом 8К и 4 Кбайт, соответственно (рис.5). Тактовая частота его составляет 200 МГц, частота системных шин и шин памяти - 100 МГц, периферийных шин - 50 МГц. В микросхему входит также гибкий встроенный ЖКИ-контроллер, поддерживающий цветной ЖК-индикатор с ТПТ-схемой адресации, воспроизводящий 16 106 цветов, или цветной ЖК-дисплей на базе матрицы пассивных суперскрученных нематических элементов, воспроизводящий до 3375 цветов. Для приложений, требующих подключения к беспроводным локальным сетям, внешним системам памяти или датчикам, устройствам формирования изображения, сканерам предусмотрены PCI/CardBus- и USB-порты. Четыре многофункциональных последовательных порта, I2C-порт и параллельный порт стандарта IEEE 1284 обеспечивают бесшовное подключение разнообразных внешних периферийных устройств.
Микропроцессор изготовлен по бессвинцовой 0,13-мкм КМОП-технологии и отвечает требованиям закона, ограничивающего применение опасных для здоровья веществ (Restriction of Hazardous Substances - RoHS).
Микроконтроллер S3C2510A компании Samsung
Микроконтроллер S3C2510A предоставляет высокопроизводительные решения для таких систем, как маршрутизаторы сети SOHO, Интернет-шлюзы, точки доступа беспроводных локальных сетей и т.п. Микросхема построена на базе 16/32-бит ARM940T RISC-ядра, входящего в ARM9 Thumb-семейство процессоров класса "система на кристалле". Ядро микроконтроллера выполняет как 32-бит ARM, так и 16-бит Thumb команды, что позволяет пользователю выбирать между получением высокой производительности или высокой плотности кода. Кроме того, в микросхеме используется перспективная микроконтроллерная шинная архитектура (Advanced Microcontroller Bus Architecture - AMBA). Выполнен микроконтроллер по 0,18-мкм КМОП-технологии.
Микроконтроллер AT91RM9200 компании Atmel
Выпущенный в начале 2003 года микроконтроллер AT91RM9200 представляет собой систему на кристалле, построенную на основе Thumb-процессора ARM920T. Он содержит богатый набор системных, прикладных периферийных устройств и стандартных интерфейсов. Предназначен для применений, требующих высокой производительности при минимальных значениях потребляемой мощности и стоимости: хост-процессоров средств управления, систем подключения GPS-приемников и поддержки GPRS-связи, промышленных автоматизированных комплексов, медицинского оборудования и кассовых терминалов. Быстродействующее внутриконтроллерное СОЗУ и внешний шинный интерфейс (External Bus Interface - EBI) обеспечивают бесшовное подключение к внешним схемам памяти и периферийным устройствам, требуемым для конкретного приложения. А встроенный интерфейс CompactFlash T позволяет добавлять к микросхеме модули системы беспроводной связи. Сложный блок управления питанием обеспечивает набор тактовых частот вплоть до низких (32 кГц) и позволяет уменьшать напряжение питания "простаивающих" периферийных устройств, благодаря чему потребляемая мощность при любых режимах работы минимальна. Микроконтроллер может быть использован как стандартное изделие и, тем самым, способствовать сокращению стоимости проектирования и сроков выхода разрабатываемого на его основе устройства на рынок или как платформа для разработки заказных микросхем типа ASSP и ASIC.
Семейство микропроцессоров MCF5235 компании Freescale Semiconductor
Представленный в 2004 году 16/32-бит микропроцессор MCF5235 компании Freescale Semiconductor (бывший сектор полупроводниковых изделий фирмы Motorola) объединяет популярное RISC-ядро ColdFire версии 2 с 16/32-канальным блоком улучшенного времени обработки (enhanced Time Processing Unit - eTPU), блоком управления доступом к 10/100 Ethernet и другими периферийными устройствами связи (рис.6). Производительность микропроцессора, составляющая 144 MIPS (в соответствии с тестом Dhrystone) на частоте 150 МГц, делает его пригодным для применения в сетевых системах и сложных комплексах реального времени, таких как промышленное оборудование управления, технологические установки и роботы. Кроме того, микросхемы MCF5235 предоставляют пользователям микропроцессоров МС68332 простой способ достижения более высокой производительности и поддержки сетевых решений благодаря применению нового поколения микросхем с улучшенными характеристиками и сопоставимой с предыдущим поколением ценой.
Микроконтроллер ТС1130 (TriCore) компании Infineon
Впервые представленный в начале 2004 года на выставке "Встроенный мир" (Embedded World Show) в Нюрнберге, 32-бит микроконтроллер ТС1130 представлял собой первую освоенную в массовом производстве микросхему с TriCore архитектурой, способную работать с полнофункциональной ОС Linux. Микроконтроллер рассчитан на применение в программируемых логических системах управления, высокопроизводительных электроприводах, промышленных средствах связи (ключах, сетевых концентраторах, маршрутизаторах) и бытовой аппаратуре (телевизионных абонентских приставках). Помимо отмеченной наградой TriCore-архитектуры, объединяющей RICS-, CISC- и DSP функциональные элементы на одном кристалле, в микросхему входят мощный MMU-блок, блок арифметики с плавающей запятой и специализированные для конкретного применения периферийные устройства (рис.7). Благодаря внутрисхемным 10/100 Ethernet контроллеру, четырем CAN-интерфейсам и USB-модулю микросхема TC1130 позволяет перейти от специализированных архитектур интерфейсов и средств связи промышленных систем к стандартным вариантам, принятым в компьютерной технологии. Это, в свою очередь, облегчает подключение систем управления и сетевого оборудования к производственным линиям и управление ими в реальном времени. Микроконтроллер работает на тактовой частоте 150 МГц, его производительность составляет 200 MIPS.
Микропроцессор ADM5120 компании Infineon-ADMtek
Микросхема ADM5120 - высокопроизводительный и гибкий шлюзовой контроллер класса "система на кристалле", созданный тайваньской фирмой-разработчиком микросхем без собственных производственных мощностей ADMtek, которая в начале 2004 года была приобретена компанией Infineon Technologies с целью выхода последней на рынок домашних шлюзовых систем. В микросхеме, выполненной по 0,18-мкм КМОП-технологии, ядро MIPS32 4Kc процессора объединено с шестипортовым коммутатором, 10/100 Ethernet физическим уровнем, USB 1.1-хостом, PCI-шиной, UART, SDRAM и Flash-интерфейсами. Кроме того, в схему входят блоки flash-памяти NAND и NOR-типов.
Микропроцессор позволяет реализовывать функции SOHO/SME шлюзового контроллера, функции преобразования сетевых адресов, сервера принтера, контроллера одно/многодиапазонной WLAN-точки доступа, шлюзового контроллера виртуальной частной сети. Микросхема обеспечивает совместное пользование домашними/офисными широкополосными средствами - проводными/беспроводными компьютерами, аппаратурой развлечений, принтерами и другими "умными" устройствами.
НЕСКОЛЬКО СЛОВ О ПРОГРАММНОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ
Программное обеспечение для системы на кристалле играет такую же важную роль, как и аппаратная платформа. И поэтому рассматривая современные системы на кристалле, нельзя не указать следующее используемое программное обеспечение (операционные системы):
Сравнение операционных систем
Операционные системы для систем на кристалле можно классифицировать по различным параметрам.
Технический критерий
По этому критерию ОС для систем на кристалле можно разделить на две большие группы. Первая - ОС, структура которых восходит к UNIX. К этой группе относятся такие системы, как ucLinux, Embedded Linux, VxWorks, eCos, Nucleus, Net+Works. Эти системы занимают большой объем памяти, что является серьезным недостатком для ОС, ориентированных на применение в системе на кристалле. К тому же, UNIX-системы были разработаны в первую очередь для персональных компьютеров, поэтому ОС первой группы в системах на кристалле не столь эффективны, как ОС второй группы - специальные ОС, созданные с учетом специфики таких устройств. К этой группе относятся: MQX, ipOS, HyNetOS. Специальные ОС компактны (занимают небольшой объем памяти), эффективны и оптимизированы для систем на кристалле.
Техническая поддержка/стабильность
При сравнении ОС важное значение имеют уровень технической поддержки и стабильность работы системы. По этому критерию можно выделить три группы.
Первая - открытые ОС (Open source OS): ucLinux, Embedded Linux, eCos. Они либо вовсе не обеспечены технической поддержкой, либо техническая поддержка оказывается за отдельную высокую плату. В то же время стабильность открытых ОС достаточно высокая.
Вторая группа - "дополнительные" ОС (предлагаемые производителями микропроцессоров): ipOS (Ubicom), Net+Works (NetSilicon). Тут следует отметить, что для производителей микропроцессоров программное обеспечение в целом не является стратегическим продуктом. Компании прежде всего концентрируют усилия на производстве процессоров, а программное обеспечение - это своего рода "добавка" к нему. Уровень технической поддержки и стабильность таких ОС, как правило, ниже, чем у ОС третьей группы.
Третья группа - коммерческие ОС (предлагаемые независимыми компаниями-производителями программного обеспечения): Nucleus, MQX, VxWorks, HyNetOS; ОС, не требующие лицензий: ucLinux, Embedded Linux, eCos, ipOS, Net+Works; ОС с лицензированием исходного кода: Nucleus; MQX, VxWorks; HyNetOS.
Все рассмотренные аппаратные платформы в сочетании с соответствующими ОС предназначены для различных сегментов рынка встраиваемых систем. В зависимости от конкретной области применения достоинства и недостатки имеют разный вес, однако по общей сбалансированности свойств аппаратной архитектуры и программного обеспечения наиболее соответствует определению "система на одном кристалле" решение на базе процессора Hynet32XS фирмы Hyperstone плюс операционная система HynetOS фирмы SND.
Nortel Forum 2005
Ежегодная конференция, посвященная деятельности фирмы Nortel состоялась 27 сентября. В ходе мероприятия заказчики, партнеры и технические специалисты могли узнать о последних разработках в области продуктов Nortel для корпоративных сетей. Программа конференции была насыщенной: руководители европейского отделения компании представили информацию о новых направлениях ее развития, стратегических инициативах и планах развития сектора корпоративных продаж; ведущие партнеры рассказали о своем опыте практического внедрения продукции Nortel.
В технической секции где специалисты могли ознакомиться с последними разработками фирмы, состоялись продуктивные дискуссии о внедрении передовых технологий в условиях российского рынка. В рамках своей стратегии компания представила ключевые решения в области мобильного доступа в корпоративные сети, безопасности и конвергенции голоса, данных и мультимедийных приложений.
Микропроцессор HyNet32XS/S компании Hyperstone
Компания Hyperstone, разработчик микросхем без собственных производственных мощностей, предлагает широкую номенклатуру 32-бит микропроцессоров и микроконтроллеров класса "система на кристалле", выполненных на базе RISC/DSP-архитектуры E1-32X. Благодаря объединению возможностей RISC- и DSP-процессоров компании удалось добиться увеличения производительности не за счет повышения тактовой частоты, а благодаря применению АЛУ для выполнения обычных RISC-команд и команд цифровой обработки сигнала. Процессоры выполняют команды прозрачно для пользователя с высокой степенью параллелизма, совместно используя набор регистров. Программы для микропроцессоров с архитектурой E1-32X, в сравнении с программами большинства RISC-процессоров, занимают более чем вдвое меньший объем памяти. Большая часть команд выполняется за один тактовый цикл. Микросхемы семейства предназначены для промышленных установок автоматизации, строительной техники, средств безопасности, систем "интеллектуального" дома, причем применение этих микросхем позволяет обойтись без дополнительных DSP-устройств.
32-бит микропроцессоры серии HyNet32XS на базе E1-32XR-ядра сочетают эксплуатационную гибкость с большим числом встроенных функций и интерфейсов, необходимых для сетевых решений (рис.3). Производительность микросхем серии - 220 MIPS и до 880 MOPS, тактовая частота - 220 МГц. Максимальная мощность, потребляемая микросхемой при работе в неблагоприятных условиях, не превышает 1,7 Вт.
Микропроцессор IP3K компании Ubicom
Микропроцессоры семейства IP3000 - революционная платформа, предложенная компанией Ubicom и отвечающая требованиям стандартов быстродействующих средств передачи данных и многофункциональных беспроводных устройств. Так, первая микросхема 32-бит микропроцессора IP3023-250 может использоваться в высокопроизводительных сетевых устройствах или оборудовании инфраструктур беспроводных сетей стандартов 802.11a/b/g (маршрутизаторах, мостах и приёмопередатчиках беспроводной сети). Как утверждают разработчики, микропроцессоры IP3023 по производительности в три раза превосходят сравнимые по составу системы на кристалле на базе ARM- и MIPS-ядер, а сопоставимые с ними по быстродействию процессоры намного дороже.
Микропроцессоры IP3000 имеют так называемую многопотоковую архитектуру ввода/вывода программного обеспечения (Multithreaded Architecture for Software I/O - MASI), специализированную для применения в сетевом беспроводном оборудовании. В микросхеме заложены такие возможности, как восьмипотоковый режим работы без издержек переключения контекста, характерных для обычных микропроцессоров (рис.4). Предусмотрен также режим пересылки команд между блоками памяти, что обеспечивает непосредственную полноскоростную обработку пакетов данных, хранимых в схемной памяти. Это, в свою очередь, позволяет обойтись без кэш-памяти и тем самым не только снизить стоимость процессора, но и избежать потери быстродействия из-за промаха кэша. В результате микропроцессор IP3023 обеспечивает скорость передачи, характерную для проводных систем. При этом он занимает лишь четверть площади кристалла обычных процессоров и позволяет на 90% сократить объем внешней памяти, требуемой для поддержки устройств с традиционной архитектурой и универсальной операционной системой.
Процессор IP3023 может работать как восемь отдельных устройств на частоте до 250 МГц с шагом 3,9 МГц. Ввод программного обеспечения может поддерживать до шести потоков. Архитектура микропроцессоров семейства позволяет интегрировать множество функций на кристалле как аппаратными, так и только программными средствами, в том числе поддержку интерфейсов 10/100 MII, 10Base-T Ethernet MAC/PHY, USB, GPSI, Utopia, PCMCIA, IDE, PCM Highway и CardBus/Mini PCI-интерфейса, присущего средствам мобильной связи стандартов 802.11a/g. Микропроцессор содержит ряд ключевых аппаратных блоков поддержки решений, необходимых для сетевой инфраструктуры, в том числе генератор случайных чисел, содействующий надежной реализации протоколов шифрования/защиты системы, а также устройство умножения с накоплением с фиксированной точкой, поддерживающее реализацию речевых/аудиокодеков и других задач обработки сигнала.
Микропроцессор NS9750 компании NetSilicon
Компания NetSilicon известна отмеченным наградой семейством NET+ARM-микросхем, обеспечивающих для встроенных сетевых приложений решения на базе системы на кристалле. Благодаря формированию полнофункциональной системы на кристалле, включающей средства поддержки Ethernet-трансивера физического уровня и систем отображения информации, наличию устойчивой к ошибкам периферии и свободных средств обработки для приложений с самыми высокими требованиями к производительности стоимость микросхем семейства достаточно низка. А поскольку разработчик аппаратуры приобретает полностью интегрированное и испытанное решение, риски, связанные с созданием новых систем, сокращаются.
Микропроцессор NS9750 - самый мощный в семействе систем на кристалле NET+ARM. Он выполнен на базе ARM 9 ядра - ARM926EJ-S - с такими расширениями, как блок управления памятью (MMU), сигнальный процессор, Java-ускоритель, кэши программ и данных объемом 8К и 4 Кбайт, соответственно (рис.5). Тактовая частота его составляет 200 МГц, частота системных шин и шин памяти - 100 МГц, периферийных шин - 50 МГц. В микросхему входит также гибкий встроенный ЖКИ-контроллер, поддерживающий цветной ЖК-индикатор с ТПТ-схемой адресации, воспроизводящий 16 106 цветов, или цветной ЖК-дисплей на базе матрицы пассивных суперскрученных нематических элементов, воспроизводящий до 3375 цветов. Для приложений, требующих подключения к беспроводным локальным сетям, внешним системам памяти или датчикам, устройствам формирования изображения, сканерам предусмотрены PCI/CardBus- и USB-порты. Четыре многофункциональных последовательных порта, I2C-порт и параллельный порт стандарта IEEE 1284 обеспечивают бесшовное подключение разнообразных внешних периферийных устройств.
Микропроцессор изготовлен по бессвинцовой 0,13-мкм КМОП-технологии и отвечает требованиям закона, ограничивающего применение опасных для здоровья веществ (Restriction of Hazardous Substances - RoHS).
Микроконтроллер S3C2510A компании Samsung
Микроконтроллер S3C2510A предоставляет высокопроизводительные решения для таких систем, как маршрутизаторы сети SOHO, Интернет-шлюзы, точки доступа беспроводных локальных сетей и т.п. Микросхема построена на базе 16/32-бит ARM940T RISC-ядра, входящего в ARM9 Thumb-семейство процессоров класса "система на кристалле". Ядро микроконтроллера выполняет как 32-бит ARM, так и 16-бит Thumb команды, что позволяет пользователю выбирать между получением высокой производительности или высокой плотности кода. Кроме того, в микросхеме используется перспективная микроконтроллерная шинная архитектура (Advanced Microcontroller Bus Architecture - AMBA). Выполнен микроконтроллер по 0,18-мкм КМОП-технологии.
Микроконтроллер AT91RM9200 компании Atmel
Выпущенный в начале 2003 года микроконтроллер AT91RM9200 представляет собой систему на кристалле, построенную на основе Thumb-процессора ARM920T. Он содержит богатый набор системных, прикладных периферийных устройств и стандартных интерфейсов. Предназначен для применений, требующих высокой производительности при минимальных значениях потребляемой мощности и стоимости: хост-процессоров средств управления, систем подключения GPS-приемников и поддержки GPRS-связи, промышленных автоматизированных комплексов, медицинского оборудования и кассовых терминалов. Быстродействующее внутриконтроллерное СОЗУ и внешний шинный интерфейс (External Bus Interface - EBI) обеспечивают бесшовное подключение к внешним схемам памяти и периферийным устройствам, требуемым для конкретного приложения. А встроенный интерфейс CompactFlash T позволяет добавлять к микросхеме модули системы беспроводной связи. Сложный блок управления питанием обеспечивает набор тактовых частот вплоть до низких (32 кГц) и позволяет уменьшать напряжение питания "простаивающих" периферийных устройств, благодаря чему потребляемая мощность при любых режимах работы минимальна. Микроконтроллер может быть использован как стандартное изделие и, тем самым, способствовать сокращению стоимости проектирования и сроков выхода разрабатываемого на его основе устройства на рынок или как платформа для разработки заказных микросхем типа ASSP и ASIC.
Семейство микропроцессоров MCF5235 компании Freescale Semiconductor
Представленный в 2004 году 16/32-бит микропроцессор MCF5235 компании Freescale Semiconductor (бывший сектор полупроводниковых изделий фирмы Motorola) объединяет популярное RISC-ядро ColdFire версии 2 с 16/32-канальным блоком улучшенного времени обработки (enhanced Time Processing Unit - eTPU), блоком управления доступом к 10/100 Ethernet и другими периферийными устройствами связи (рис.6). Производительность микропроцессора, составляющая 144 MIPS (в соответствии с тестом Dhrystone) на частоте 150 МГц, делает его пригодным для применения в сетевых системах и сложных комплексах реального времени, таких как промышленное оборудование управления, технологические установки и роботы. Кроме того, микросхемы MCF5235 предоставляют пользователям микропроцессоров МС68332 простой способ достижения более высокой производительности и поддержки сетевых решений благодаря применению нового поколения микросхем с улучшенными характеристиками и сопоставимой с предыдущим поколением ценой.
Микроконтроллер ТС1130 (TriCore) компании Infineon
Впервые представленный в начале 2004 года на выставке "Встроенный мир" (Embedded World Show) в Нюрнберге, 32-бит микроконтроллер ТС1130 представлял собой первую освоенную в массовом производстве микросхему с TriCore архитектурой, способную работать с полнофункциональной ОС Linux. Микроконтроллер рассчитан на применение в программируемых логических системах управления, высокопроизводительных электроприводах, промышленных средствах связи (ключах, сетевых концентраторах, маршрутизаторах) и бытовой аппаратуре (телевизионных абонентских приставках). Помимо отмеченной наградой TriCore-архитектуры, объединяющей RICS-, CISC- и DSP функциональные элементы на одном кристалле, в микросхему входят мощный MMU-блок, блок арифметики с плавающей запятой и специализированные для конкретного применения периферийные устройства (рис.7). Благодаря внутрисхемным 10/100 Ethernet контроллеру, четырем CAN-интерфейсам и USB-модулю микросхема TC1130 позволяет перейти от специализированных архитектур интерфейсов и средств связи промышленных систем к стандартным вариантам, принятым в компьютерной технологии. Это, в свою очередь, облегчает подключение систем управления и сетевого оборудования к производственным линиям и управление ими в реальном времени. Микроконтроллер работает на тактовой частоте 150 МГц, его производительность составляет 200 MIPS.
Микропроцессор ADM5120 компании Infineon-ADMtek
Микросхема ADM5120 - высокопроизводительный и гибкий шлюзовой контроллер класса "система на кристалле", созданный тайваньской фирмой-разработчиком микросхем без собственных производственных мощностей ADMtek, которая в начале 2004 года была приобретена компанией Infineon Technologies с целью выхода последней на рынок домашних шлюзовых систем. В микросхеме, выполненной по 0,18-мкм КМОП-технологии, ядро MIPS32 4Kc процессора объединено с шестипортовым коммутатором, 10/100 Ethernet физическим уровнем, USB 1.1-хостом, PCI-шиной, UART, SDRAM и Flash-интерфейсами. Кроме того, в схему входят блоки flash-памяти NAND и NOR-типов.
Микропроцессор позволяет реализовывать функции SOHO/SME шлюзового контроллера, функции преобразования сетевых адресов, сервера принтера, контроллера одно/многодиапазонной WLAN-точки доступа, шлюзового контроллера виртуальной частной сети. Микросхема обеспечивает совместное пользование домашними/офисными широкополосными средствами - проводными/беспроводными компьютерами, аппаратурой развлечений, принтерами и другими "умными" устройствами.
НЕСКОЛЬКО СЛОВ О ПРОГРАММНОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ
Программное обеспечение для системы на кристалле играет такую же важную роль, как и аппаратная платформа. И поэтому рассматривая современные системы на кристалле, нельзя не указать следующее используемое программное обеспечение (операционные системы):
Сравнение операционных систем
Операционные системы для систем на кристалле можно классифицировать по различным параметрам.
Технический критерий
По этому критерию ОС для систем на кристалле можно разделить на две большие группы. Первая - ОС, структура которых восходит к UNIX. К этой группе относятся такие системы, как ucLinux, Embedded Linux, VxWorks, eCos, Nucleus, Net+Works. Эти системы занимают большой объем памяти, что является серьезным недостатком для ОС, ориентированных на применение в системе на кристалле. К тому же, UNIX-системы были разработаны в первую очередь для персональных компьютеров, поэтому ОС первой группы в системах на кристалле не столь эффективны, как ОС второй группы - специальные ОС, созданные с учетом специфики таких устройств. К этой группе относятся: MQX, ipOS, HyNetOS. Специальные ОС компактны (занимают небольшой объем памяти), эффективны и оптимизированы для систем на кристалле.
Техническая поддержка/стабильность
При сравнении ОС важное значение имеют уровень технической поддержки и стабильность работы системы. По этому критерию можно выделить три группы.
Первая - открытые ОС (Open source OS): ucLinux, Embedded Linux, eCos. Они либо вовсе не обеспечены технической поддержкой, либо техническая поддержка оказывается за отдельную высокую плату. В то же время стабильность открытых ОС достаточно высокая.
Вторая группа - "дополнительные" ОС (предлагаемые производителями микропроцессоров): ipOS (Ubicom), Net+Works (NetSilicon). Тут следует отметить, что для производителей микропроцессоров программное обеспечение в целом не является стратегическим продуктом. Компании прежде всего концентрируют усилия на производстве процессоров, а программное обеспечение - это своего рода "добавка" к нему. Уровень технической поддержки и стабильность таких ОС, как правило, ниже, чем у ОС третьей группы.
Третья группа - коммерческие ОС (предлагаемые независимыми компаниями-производителями программного обеспечения): Nucleus, MQX, VxWorks, HyNetOS; ОС, не требующие лицензий: ucLinux, Embedded Linux, eCos, ipOS, Net+Works; ОС с лицензированием исходного кода: Nucleus; MQX, VxWorks; HyNetOS.
Все рассмотренные аппаратные платформы в сочетании с соответствующими ОС предназначены для различных сегментов рынка встраиваемых систем. В зависимости от конкретной области применения достоинства и недостатки имеют разный вес, однако по общей сбалансированности свойств аппаратной архитектуры и программного обеспечения наиболее соответствует определению "система на одном кристалле" решение на базе процессора Hynet32XS фирмы Hyperstone плюс операционная система HynetOS фирмы SND.
Nortel Forum 2005
Ежегодная конференция, посвященная деятельности фирмы Nortel состоялась 27 сентября. В ходе мероприятия заказчики, партнеры и технические специалисты могли узнать о последних разработках в области продуктов Nortel для корпоративных сетей. Программа конференции была насыщенной: руководители европейского отделения компании представили информацию о новых направлениях ее развития, стратегических инициативах и планах развития сектора корпоративных продаж; ведущие партнеры рассказали о своем опыте практического внедрения продукции Nortel.
В технической секции где специалисты могли ознакомиться с последними разработками фирмы, состоялись продуктивные дискуссии о внедрении передовых технологий в условиях российского рынка. В рамках своей стратегии компания представила ключевые решения в области мобильного доступа в корпоративные сети, безопасности и конвергенции голоса, данных и мультимедийных приложений.
Отзывы читателей
