虛擬化和可視性

　　多核開發(fā)與單核開發(fā)不同的另一個方面是如何集成軟件和硬件。第一代多核處理器具有相同內核的多個實例。從另一方面來說，飛思卡爾QorIQ Qonverge平臺在一個芯片上混合了處理元件： Power Architecture?內核、StarCore DSP和多個加速引擎。未來的產品將在一個芯片上提供更多內核，并且在一個芯片上混合不同的內核類型。最大的區(qū)別是所有內核都將被虛擬化。在一個虛擬化的系統(tǒng)中，應用的每個任務都需要映射至相應的處理模塊。目前，該流程需要很多人力來完成。必須提供以更緊密的方式集成的分區(qū)工具、映射工具和分解工具，使軟件工程師能夠快速可視化分區(qū)，根據(jù)性能、功率、存儲器等執(zhí)行“假如”分析，然后選擇目標實施并執(zhí)行。

　　下一個步驟是調試應用。該步驟的關鍵是能夠觀察這些復雜芯片的所有等級。大多數(shù)芯片在處理器內核等級都將具有可視性，但是您最終需要完整的內部可視性，包括I/O、存儲器控制器和加速引擎。當您具有可視性以后，您還需要可控制性。

　　您是否能夠以非常精細的方式控制這些具有許多內核和不同內核類型的高度復雜的芯片？ 您是否能夠控制數(shù)據(jù)的移動方式？為了找到答案，您可以針對數(shù)據(jù)如何移動執(zhí)行快速的“假如”分析。這使您可以獲得系統(tǒng)可視性。然后，您擁有了一個“旋鈕”，您可以從來自“假如”分析的目標方案中獲得更高性能。這涉及軟件和硬件。 芯片中如果沒有正確的調試hook，它將不具有可視性。如果調試hook存在，但是API未將其暴露給工具和調試器，將沒有可視性。如果沒有芯片hook也將沒有可控制性，并且hook應與工具套件集成。

　　飛思卡爾QorIQ多核SDK和CodeWarrior開發(fā)工具嵌入了廣泛的可視性，可接入至我們的處理器中，因此開發(fā)人員可以完全利用內核和資源，并調試復雜的片上交互。

　　飛思卡爾的嵌入式管理程序對于虛擬化非常重要，它是嵌入式通信處理領域第一款具有最高性能的處理器。管理程序是系統(tǒng)級軟件，允許多個操作系統(tǒng)訪問常用外設和存儲器資源，并且在多個內核之間提供通信機制。 在一個多核系統(tǒng)中，任務不應以物理的方式映射至處理資源。

　　如果資源進行虛擬化，那么任何任務都可以訪問任何虛擬資源，以便使工作完成。這使計算資源能夠靈活、有彈性并且不會硬性綁定至任何任務。例如，作為嵌入式應用中的虛擬化選擇，在基于飛思卡爾Power Architecture的多核SoC中支持基于Linux內核的虛擬機（KVM）。這是一個非常復雜的領域，飛思卡爾投入了巨大的資金，以便為客戶提供多核系統(tǒng)最重要的優(yōu)勢之一： 靈活的資源使用。

　　面向多核設計的硬件

　　由于系統(tǒng)有了更多的多核處理器和處理能力，因此需要將不同應用上的硬件充分利用起來，這些應用在整個系統(tǒng)解決方案內可能并行運行，執(zhí)行不同的任務。在多核系統(tǒng)中，許多不同的應用都需要訪問外設和SoC。例如，您可以在SoC接入多個內核，但是無法始終在系統(tǒng)中增加相應的I/O，因為受到芯片中引腳數(shù)量的限制。為了將八個內核集成至SoC，并且能夠使兩個以太網端口對于不同內核以多個以太網端口的形式出現(xiàn)，您必須添加針對不同應用隔離SoC的不同部分的虛擬化技術。軟件芯片在該單一SoC上運行，同時感知底層硬件具有為其提供的數(shù)量顯著較大的資源。

　　飛思卡爾的優(yōu)勢之一在于我們如何在SoC中采用該虛擬化并提高性能。當飛思卡爾開始開發(fā)多核SoC時，我們需要基于不同的應用類型以許多不同的方式為其提供安全、可靠的分區(qū)方式?；诂F(xiàn)有SoC基礎設施開發(fā)多核SoC的一個常見方式是使用共享總線。但是，該方法限制帶寬和延遲。飛思卡爾從一開始就解決了這些架構挑戰(zhàn)。 利用具有規(guī)模合適的互聯(lián)，因為SoC本身是一個小型網絡，各個SoC組件之間不會爭用資源。從一開始起，針對在我們客戶的系統(tǒng)中指配多核器件的最佳方式，飛思卡爾已經制定了多個架構和應用級決策。

　　節(jié)省能源

　　在關注多核能源管理方面，飛思卡爾具有多年的歷史。符合美國的EnergyStar、日本的Top Runner和EU Code of Conduct等協(xié)議使我們的客戶能夠隨時間推移節(jié)省能源。我們的PowerQUICC 8315、8536處理器和QorIQ P1022處理器具有數(shù)據(jù)包無損以太網等功能，可以使設備進入深度睡眠模式。該模式關閉內核和緩存，并從SoC中去掉電源。SoC的各個部分是有效的，并且能夠處理一些關鍵事件，可以在合適的時間、合適的條件下喚醒設備。當有效負載被處理后，它將進入深度睡眠模式。QorIQ P1022處理器用于打印機等EnergyStar設備，并滿足多種能源要求，例如在深層睡眠模式中只有200–300毫瓦的損耗。

　　飛思卡爾另一個領先的節(jié)電技術稱為級聯(lián)電源管理。在非峰值活動期間，該技術將任務轉向較少數(shù)量的內核，以便空閑內核可以進入最小功率或“昏睡”狀態(tài)。當數(shù)據(jù)包流量再次增加時，該技術允許返回至全負載條件。級聯(lián)電源管理不像節(jié)電技術那樣簡單，它也是一個以更高效的方式分發(fā)數(shù)據(jù)包處理的工作負載管理技術。

　　成功的多核合作伙伴

　　知識非常豐富的全球現(xiàn)場工作人員是多核遷移成功的關鍵組件。在多核處理器出現(xiàn)之前，飛思卡爾也幫助我們的客戶通過高性能嵌入式處理器將產品推向全球市場，飛思卡爾在嵌入式處理領域擁有世界最大的現(xiàn)場工程師團隊之一。多核應用的軟件非常復雜。經驗豐富的合作伙伴可以幫助您設計、調試和優(yōu)化。

　　通過我們的Freescale Connect Partner計劃，飛思卡爾繼續(xù)與嵌入式行業(yè)中的領先軟件和工具公司密切合作，以幫助確保全面的解決方案能充分利用 QorIQ架構的優(yōu)勢。飛思卡爾擁有一個開放、廣泛的生態(tài)系統(tǒng)，以便簡化向多核架構的遷移。我們的首選合作伙伴包括Enea、Green Hills、Mentor Graphics和QNX，提供在QorIQ平臺上實現(xiàn)最高性能的優(yōu)化集成解決方案。廣泛的合作伙伴組合包括6Wind、Critical Blue和Wind River，幫助加快向多核的遷移，并縮短上市時間。

　　行業(yè)正在遇到一個轉折點，那就是通過添加更多內核來解決性能問題將不再能夠提供所需的性能改進。市場正在從簡單直接的方法向更加精密的功率管理和軟件技術轉變。

　　多核的下一步發(fā)展趨勢是什么？

　　多核市場的未來將由對于速度更快的硬件的需求推動，以便處理更多工作負載，并解決現(xiàn)有網絡存在的成本壓力問題。服務提供商和OEM必須通過具有更高性能的系統(tǒng)做出響應，以便保持網絡中的流量質量。在I/O性能方面將出現(xiàn)逐步增加，通過這種方式可以確定處理I/O類型和為處理不斷增加的工作負載可以在SoC中使用的內核和存儲器緩存數(shù)量。

　　雖然硬件是市場的引擎，軟件將決定其過程。通常，開發(fā)工具落后于技術變革。但是，在多核領域，進程應該以其他方式出現(xiàn)。市場將見證廠商投入更多努力幫助開發(fā)人員創(chuàng)建并優(yōu)化多核應用。軟件將提高總體系統(tǒng)性能，因此有許多工具可以為優(yōu)化應用提供支持。通過這些系統(tǒng)將可以交付更多的多核軟件內容—不僅是設備的支持驅動，還包括更多的中間件和虛擬化軟件，以及利用它們的其他參考應用。將提供更多面向多核的優(yōu)化操作系統(tǒng)，以幫助對這些設備進行排程。

　　總結

　　多核解決方案可以使互聯(lián)社區(qū)獲得更好的生活質量。無論是用于全球網絡、移動無線基礎設施、智能電網、自動化工廠、智能醫(yī)院、航空航天和國防，我們的高級多核硬件、支持軟件和飛思卡爾全球技術團隊都可以幫助簡化您向多核的遷移。

——本文選自電子發(fā)燒友網12月《處理器與DSP特刊》“透視新設計欄目”，轉載請注明出處，違者必究！