基于事件驅動的新型處理器的研究與應用

這3個方案比較類似，基本上都是單核心處理芯片加外圍接口芯片的SOC解決方案。不同的是，第1個方案的處理核心是集成了以太網MAC和UART的通用處理器。第2個方案的處理核心是FPGA器件。第3個方案的處理核心是XCore處理器。

第1個方案的優點是設計起來容易、功能靈活；在通用嵌入式CPU上運行操作系統，使用標準的TCP／IP協議和UART協議，能夠實現各種復雜的控制功能。缺點也很明顯：CPU內部集成的串口有限，一般只能實現不超過4個串口的串口服務器；實時性差、由于軟件處理能力有限，當串口數據流量較大時，CPU會來不及處理，只能將數據放入緩存，待CPU空閑時處理。這樣導致數據轉發的延遲增大。

第2個方案的優點是擴展能力強、實時性高；由于FPGA具有硬件可編程的特點，理論上器件內部可以實現任意個數目的串口(實際受所選FPGA器件容量大小的影響)。FPGA采用硬件流水線處理串口數據轉以太網數據，因此，數據處理的速度很快，基本上不產生延遲，實時性好。這種方案的缺點是：設計難度比較大，需要獲得授權使用以太網MAC和UART的IP模塊，并且需要設計控制模塊來協調各個接口，然后進行系統級的仿真和測試，整個設計開發周期長、設計難度大；靈活性差，功能不強。由于采用硬件實現的機制，FPGA只能實現簡單的底層網絡報文，無法實現TCP／IP等高層次的網絡協議轉發。同樣，一些諸如流量控制、報文路由、IP管理之類的功能也無法實現。這樣、導致這個方案的可用性以及可維護性差。

第3個方案綜合了2個方案的優點并彌補了它們的不足。首先，XCore處理器的IO管腳像FPGA一樣是可以編程設計的。設計者可以分配足夠多的管腳給UART。使用標準XCore處理器函數庫，每個UART模塊需要1個硬件線程來實現，每個以太網MAC模塊需要4個硬件線程來實現。這樣，使用4個核的Xcore處理器，可以實現具有16個串口的串口服務器。除實現UART和以太網MAC需要的20個硬件線程外，處理器內還剩下12個硬件線程的資源，這些硬件線程可以用來運行TCP／IP協議，還可以用來實現流量控制、報文路由、IP管理等諸多功能。由于XCore處理器具有實時多線程的特點，能夠保證處理IO數據的硬件線程實時運行，從而保證了數據轉發的實時性。同時，XCore處理器設計屬于軟件編程的范疇，使用C語言就可以方便地實現各種控制管理功能，這使得開發周期縮短，開發難度降低。

4 結語

從上面的研究分析、實例介紹可以看出：相對于傳統的控制器件，XCore處理器具有優異的性能和充分的靈活性，很適合用在一些對處理器功能要求多、實時性要求高的場合。同時，XCore處理器采用C語言編程的特點可以使開發難度以及開發周期大大降低，再考慮到XCore處理器豐富的硬件資源，采用XCore處理器的硬件設計軟件化方案是一種能夠廣泛應用的低成本、高效率解決方案。