合理選擇嵌入式系統的多處理器

2004年5月A版

　　在許多嵌入式系統設計中，成本要求壓倒一切。為了降低成本，設計者往往在整個系統中只用一個微處理器，因為元件越少成本越低。但是，將作業分配給多個處理器會簡化設計和縮短面市時間，可對附加的成本獲得超量的補償。當然應該根據設計特性來尋求解決方案，要記住增加一個輔助處理器對系統成本的影響是有正有負，必須進行全面考核。

　　在好處方面，輔助處理器可降低對主處理器性能的要求，可選用較便宜的產品。輔助處理器還可簡化接線，主處理器通過串行總線與智能輔助處理器連接，而無需用并行總線作直接控制，簡化接線顯然比較節省和減少噪聲問題。

　　然而，潛在的最大好處是使用輔助處理器可簡化設計的開發和除錯，例如，將功能分配到不同的器件可簡化軟件結構，使整合和除錯比較容易，并且可進行并行開發和加快設計過程。甚至可促進輔助處理器功能硬件的軟件再用，加快后端的設計。結果，這些好處可使產品更快地推向市場。

　　當然，需要作出權衡。考慮的問題之一是會增加處理器的成本，但是問題不大，許多處理器的批量單價只有1美元。更大的潛在困難是在主、輔處理器不能共用同樣開發工具的情況下，輔助處理器開發工具的成本。顯然，明智的設計隊伍可選擇適于多種多處理器設計用的輔助處理器，結果是工具成本分攤到多個設計中，減輕了總成本的增加。還有可大批量購買元件，以便獲得更高的折扣。

多處理器和總線

　　對多處理設計帶來的軟件變化應該作出全面權衡。單一功能的設計不可能從多處理器獲得好處，然而，許多設計需要多種功能，并行執行作業，此時多處理器可發揮更大作用。最好的情況是，多個作業相對獨立，涉及多個I/O通道，許多功能即可從主處理器遷移到輔助處理器。

　　選擇合適的總線，對成本同樣具有重要意義，對比的性能包括連接線數目、速率、協議、地址，微控制器通用的主要通信總線性能如表1所示。

　　這里著重介紹MDB(多節點總線)，它只有兩根連線，速率較低，主/從結構，地址32個，半雙工運行，兩根連線分別傳送時鐘和數據。由于MDB在四種總線中物理結構最簡單，容易實現，被選作為自動售貨機構件標準。MDB的通信開銷比較慢，發送命令和獲得響應大約要用40ms，如表2所示。

舉例：自動售貨機

　　無人值守的自動售貨機(VM)需要每天24小時連續工作；客戶放入硬幣或紙幣，售貨機自動送出產品，它由幾種構件組成：自動售貨機控制器，作為嵌入式主處理器；硬幣讀出器；紙幣讀出器；卡讀出器；鍵盤輸入；顯示輸出；馬達和傳感器控制；維護端口；互聯網通信。

　　因為自動售貨機功能比較復雜和I/O較多，嵌入系統必須招待并行、異步作業。如果采用單處理器的嵌入式系統，則需要與許多復雜的構件作并行連接，如圖1所示。如果采用多處理器的嵌入式系統，將處理功能分配到構件中(如馬達控制、硬幣讀出、讀卡器等)，則可使主處理器和I/O連接明顯簡化，功能增強，響應加快，如圖2所示。■