汇聚式处理器工业应用指南

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  • 对电子产品设计工程师来说,市场对产品提出的低功耗、高性能、低成本、高集成度这些近乎苛刻的要求像紧箍咒一样让人头痛。而对于工业系统设计工程师来说,还面临恶劣的工作环境和高可靠性要求,同时还必须应对当前广泛存在的诸如高精度、网络化、智能化和集成化等发展趋势提出的设计新挑战。此外,低功耗的设计要求过去还只是便携式产品设计工程师所必须面对的,而今低功耗相关的低碳概念已经深入人心,提高工业基础设施的能效已成为一项全球化运动。

    对于工业应用系统产品设计来说,所有这些都几乎与核心处理器分不开:核心处理器的低功耗特性决定了系统的运行功耗水平;高精度要求处理器具有高处理能力;智能化和网络化对处理器的处理能力及资源配置提出了新的要求;核心处理器更决定了系统方案的集成度、成本……选择恰当的核心处理器是工业应用系统设计工程师完成设计目标的关键首要步骤。

    多种选择各具优势,汇聚式处理器受青睐

    当前嵌入式系统设计中,基于MCU、DSP、FPGA及ASIC的解决方案占据了超过90%的市场份额,这些方案各自在成本、功耗、集成度以及开发环境支持上分别具有不同的特点。毋庸置疑,在嵌入系统应用中,微控制器占据大部分的市场份额。MCU凭借其强大的控制功能、通用性、丰富的外设集成、成本优势和应用便利性,广泛地用于消费类电子、通信、汽车、工业等领域;FPGA以其设计灵活性着称,利用FPGA可以实现任何数字器件的功能;DSP则以其卓越的数据处理能力以及优秀的算法,成为数字信号处理应用的首先核心引擎。

    然而,MCU在系统需要进行多功能扩展时通常面临处理能力不足的尴尬,特别是在当前工业系统中越来越多的需要强大的数据处理能力、通信能力的条件下尤其如此。FPGA始终在功耗和芯片成本上难以实现更大的突破,即便是该阵营的厂商也不得不承认难以在规模应用中推广的现实。DSP的卓越数据处理能力同时意味着在系统控制功能上的短板,与MCU在工业应用中的尴尬类似,MCU+DSP通常成为满足系统控制功能与数据处理能力需求的不得已的选择。现实的需求促进了DSP和MCU融合产品的出现——兼具DSP和MCU在数据处理及系统控制中各自优点,其中由ADI推出的Blackfin处理器是目前市场唯一的汇聚式架构DSP产品。

    Blackfin处理器基于ADI和Intel联合开发的微信号架构,将一个32位RISC型指令集和双16位乘法累加信号处理功能,与通用型微控制器所具有的易用性组合在一起。Blackfin处理器包含一个10级RISC MCU/DSP流水线和一个专为实现最佳代码密度而设计的混合16/32位指令集架构。这种处理特征的组合使Blackfin处理器能在工业应用中的信号处理和控制处理应用中均能发挥出色作用。Blackfin处理器提供单内核高达750MHz/1,512MMACS的性能(在双内核BF561中更高达3,000MMACS),在许多任务业应用中无需增设单独的MCU,从而简化了硬件和软件设计和实现难度。具有丰富特性的Blackfin处理器非常适合各种工业应用,包括从低端电力计量、马达控制到高端联网的电力控制系统等应用,各种型号涵盖了低成本以及高性能,设计工程师可以针对其特定的工业应用选择更具优化特性的Blackfin处理器。

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