2004年5月A版

在许多嵌入式系统设计中,成本要求压倒一切。为了降低成本,设计者往往在整个系统中只用一个微处理器,因为元件越少成本越低。但是,将作业分配给多个处理器会简化设计和缩短面市时间,可对附加的成本获得超量的补偿。当然应该根据设计特性来寻求解决方案,要记住增加一个辅助处理器对系统成本的影响是有正有负,必须进行全面考核。

在好处方面,辅助处理器可降低对主处理器性能的要求,可选用较便宜的产品。辅助处理器还可简化接线,主处理器通过串行总线与智能辅助处理器连接,而无需用并行总线作直接控制,简化接线显然比较节省和减少噪声问题。

然而,潜在的最大好处是使用辅助处理器可简化设计的开发和除错,例如,将功能分配到不同的器件可简化软件结构,使整合和除错比较容易,并且可进行并行开发和加快设计过程。甚至可促进辅助处理器功能硬件的软件再用,加快后端的设计。结果,这些好处可使产品更快地推向市场。

当然,需要作出权衡。考虑的问题之一是会增加处理器的成本,但是问题不大,许多处理器的批量单价只有1美元。更大的潜在困难是在主、辅处理器不能共用同样开发工具的情况下,辅助处理器开发工具的成本。显然,明智的设计队伍可选择适于多种多处理器设计用的辅助处理器,结果是工具成本分摊到多个设计中,减轻了总成本的增加。还有可大批量购买元件,以便获得更高的折扣。

多处理器和总线

对多处理设计带来的软件变化应该作出全面权衡。单一功能的设计不可能从多处理器获得好处,然而,许多设计需要多种功能,并行执行作业,此时多处理器可发挥更大作用。最好的情况是,多个作业相对独立,涉及多个I/O通道,许多功能即可从主处理器迁移到辅助处理器。

选择合适的总线,对成本同样具有重要意义,对比的性能包括连接线数目、速率、协议、地址,微控制器通用的主要通信总线性能如表1所示。

这里着重介绍MDB(多节点总线),它只有两根连线,速率较低,主/从结构,地址32个,半双工运行,两根连线分别传送时钟和数据。由于MDB在四种总线中物理结构最简单,容易实现,被选作为自动售货机构件标准。MDB的通信开销比较慢,发送命令和获得响应大约要用40ms,如表2所示。

举例：自动售货机

无人值守的自动售货机(VM)需要每天24小时连续工作;客户放入硬币或纸币,售货机自动送出产品,它由几种构件组成：自动售货机控制器,作为嵌入式主处理器;硬币读出器;纸币读出器;卡读出器;键盘输入;显示输出;马达和传感器控制;维护端口;互联网通信。

因为自动售货机功能比较复杂和I/O较多,嵌入系统必须招待并行、异步作业。如果采用单处理器的嵌入式系统,则需要与许多复杂的构件作并行连接,如图1所示。如果采用多处理器的嵌入式系统,将处理功能分配到构件中(如马达控制、硬币读出、读卡器等),则可使主处理器和I/O连接明显简化,功能增强,响应加快,如图2所示。■