SoC集成中的處理單元性能評估及功能劃分

帶有多個處理單元的soc器件目前是產品設計鏈上的重要一環。本文綜合各種因素評估了不同處理單元的優缺點，并通過衛星無線電接收器的設計實例幫助開發人員理解soc所涉及處理任務之間的復雜平衡并有效掌握系統功能的劃分。

　　在準備開發目前越來越復雜的便攜式系統時，設計人員面對的最大挑戰之一就是采用什么樣的處理器組合來實現最優化的“3p”指標，即系統性能最高、價格最低及功耗最小。系統級芯片（soc）集成使得今日的創新成為可能，但它常常涉及把不同的處理器單元結合在單一的器件之上。這些單元可以包括可編程功能，如通用微處理器（通常是risc）、dsp、fpga和加速器，而且還可能有固定功能的加速器。由于這些單元都可以專用器件形式獲得，因此對設計人員來說，在它們之中進行全面的性能評估，進而決定以最有效的方式組合使用它們，有可能是一項相當困難的工作。

　　處理單元的優缺點分析

　　在實現多內核處理器之前，在risc和dsp之間進行挑選曾相對較為簡單。如果大量的系統處理工作和數據有關，那么采用risc，即使信號處理會受些損失。如果大量的處理工作和信號有關，那么采用dsp，并力爭獲得差強人意的控制和數據處理性能。但對多內核集成而言，考慮到要添加其它處理單元，這類選擇變得非常復雜。正確的答案不完全是技術性的，而是要基于優化靈活性、便于使用、成本、功耗和性能多方面來考慮。

　　各種處理單元的基本優點和缺點概括在表1之中。通用risc處理器專為數據處理而優化，很容易使用而且很靈活，其成本、功耗和性能都可接受。dsp為實時信號而優化，它們處理實時信號所需的功耗和成本通常比risc低，不過，它們常常更難使用。

表1 處理器單元優缺點對比

　　可編程加速器或半可編程處理器可設計用來數據或信號處理。一個例子就是用于通信系統的viterbi處理器，對viterbi編碼或解碼來說它是完全可編程的，但對任何其它功能來說毫無用處。就其功能而言，一個可編程加速器的成本、功耗總是比risc或dsp要低，而性能要高，但從本質上講，它稍欠靈活、更難使用，而且對缺陷（bug）的容忍度低，不容易更改。

　　用于數據或信號處理的固定功能加速器（一般為asic）只能完成一種特定的功能。固定功能加速器總是一種成本最低、功耗最低、性能最高的解決方案，但它們缺少任何程度的靈活性。一旦asic設計出來并調試通過，到了系統開發人員手里，它會變得非常易用。但是其設計和調試與可編程器件相比非常困難，而且以后不可能進行再編程。

　　劃分系統處理功能

　　盡管在各種處理單元之中做決定是一件復雜的工作，但有一個可行的選擇程序，就是把各種系統功能劃分到各種處理單元之中。把一個系統的處理需求映射到一個現有的多內核soc之中，與通過映射處理需求創建一個新多內核soc有所不同。然而，其過程是類似的。