一种异构双核系统芯片平台设计与实现

　　嵌入式通用精简指令集(RISC)处理器是当前SoC的控制核心部分,面向通用性使得其具备功能强大的灵活性,但也相应地限制了其数据处理性能。高性能的数字信号处理器(DSP)可以满足嵌入式应用处理密集计算的要求,比通用RISC处理器获得更好的性能效果。因此,将RISC处理器和DSP处理器集成于一个SoC芯片上可同时具备灵活的通用控制性和高效的数据处理能力,从而满足复杂日益复杂的嵌入式应用需求[1]。

　　然而,与单核系统相比,异构双核系统芯片设计开发更为复杂。Sangiovanni等提出了一种基于平台面向集成、强调系统级重用的设计方法[2],可以有效地提高多核系统芯片设计开发效率。目前,基于平台的设计方法在无线通信、汽车电子与多媒体应用中已经取得了较大的进展。如TI公司的OMAP/Davinci异构双核平台针对音视频应用进行优化,缩短产品的研发周期[3-4]。Philips公司的Nexperia/平台可以面向异构多核进行有效的多媒体应用与开发[5]。

　　文中提出并设计了一种基于CKCore处理器[6]和Spock DSP处理器[7]的异构双核系统芯片GEM-SoC平台。该平台架构由控制、通信和数据处理3个子系统组成,并相应为应用开发提供简单的软件接口,使得异构双核系统芯片设计开发更为高效。与OMAP平台相比,GEM-SoC平台可针对应用需求,通过平台的软硬件(处理器、外围硬件接口以及操作系统等系统软件)配置,实现性能良好的系统架构。在uCLinux的Ogg音频播放器实验中,GEM-SoC的原型芯片运行时钟频率在50 MHz以内,即可实现实时可控的Ogg音频解码播放应用,从而获得较好的功耗性能比。

　　1　GEM-SoC平台

　　GEM-SoC平台是以CKCore RISC处理器和Spock DSP处理器为核心,基于AMBA(AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture)总线的异构双核系统平台。它可以提供有效的平台可配性,从而满足不同应用的需求。

　　1. 1　CKCore处理器

　　CKCore处理器是浙江大学和杭州中天微系统公司联合自主研发设计的一系列低功耗嵌入式32bitRISC处理器,主要面向信息安全及音视频等媒体应用。CKCore处理器采用分离的指令/数据缓存和指令/数据SPM(Scratched PadMemory)架构及7级流水线架构,支持转移预测和快速中断,通过AHB(Advanced High-performance Bus)接口和JTAG(JointTestAction Group)接口进行外部数据交换。CKCore处理器是一个可扩展指令、可配置硬件资源、可重新综合,并且易于集成的处理器体系架构(见图1)。

　　由图1可见,其结构框图包括了基本部件、内存子系统、可配置部分和可扩展部分。当前CKCore处理器系列共有4款不同类型的处理器,以满足不同应用的需求:CK510处理器可运行uCLinux等操作系统,满足一般通用控制类应用需求; CK520处理器具有面向DSP和加密算法的两条特殊指令;CK560可以运行Linux等复杂操作系统,满足更为高级复杂的嵌入式应用需求; CK510E处理器可提供较强的多媒体数据运算能力,满足如音视频编解码等多媒体应用需求。