架构师为何要为嵌入式应用程序实施HMP系统

我们每天都会遇到越来越多的计算系统，从智能手机和与之绑定的智能手表开始。在我们的家中，我们与智能联网电视、冰箱、洗衣机和恒温器互动。在健身房，智能互联设备正在成为常态。所有人都在改变我们的生活方式，使其变得更好。

所有这些嵌入式/物联网设备的一个共同要求是以节能的方式期望它们完成的各种任务。这意味着这些电子系统需要处理不同的计算需求，并且不同的工作负载不是特定于行业的；它们跨越多个市场。一些常见示例包括嵌入式应用、车载信息娱乐 （IVI） 系统、医疗保健和工业应用。

这些下一代嵌入式应用程序需要在不牺牲系统整体效率的情况下提高性能和安全性。因此，现代计算系统必须设计为：

满足相互冲突的要求，为运行多个要求苛刻的应用程序提供高性能，同时能够快速响应实时事件

高效处理一般数据处理任务，以及专门的多媒体处理

支持不同的软件环境，例如，在一个计算元素上运行 Linux，在另一个计算元素上运行实时操作系统 （RTOS）。

为了满足这些相互冲突的要求，现代系统设计人员严重依赖构建异构计算系统。异构计算基本上是关于使用针对一组任务优化的正确处理器。这种异构多处理器 （HMP） 系统的一些好处包括提高了整体系统性能和效率，以及由于集成了不同的计算元素而降低了系统成本。

通过在同一片上系统 （SoC） 中使用应用处理器和微控制器 （MCU），嵌入式应用可以受益于超低功耗 （ULP） ARM Cortex-M 处理器与更高性能Cortex-A 处理器的组合。他们还可以利用两个庞大的软件生态系统为下一代嵌入式设备带来的好处。

有几种类型的 HMP 系统。在一般意义上，HMP 系统是一个复杂的系统，它结合了几个不同的计算元素，如通用处理器、图形处理器、图像处理器、视频处理器、显示处理器，可能还有几个加速器。图 2 显示了一个典型的 HMP 计算系统，其中包括几个计算元素。HMP 系统还用于表示使用 ARM Cortex 处理器的各种组合的计算系统，例如 Cortex-A、Cortex-R和 Cortex-M。

【图2 | 一个通用的异构多处理器 （HMP） 计算系统。］

使用 ARM Cortex 处理器的各种异构计算系统有哪些？多个计算系统通常使用不同的 Cortex 处理器组合来为给定的应用程序提供正确的功能。表 1 描述了使用 Cortex 处理器的 HMP 系统的不同可能组合，并列出了这些系统之间的主要区别。

［表 1 | 多核处理器术语。］

ARM 的三个不同 Cortex 处理器系列针对不同的计算要求进行了优化，如表 2 所示。

Cortex-A处理器针对运行丰富的操作系统 （OS）（如 Linux 和 Android）进行了优化，可以为各种应用程序中的要求苛刻的应用程序提供高性能。

Cortex-R处理器针对具有高性能要求的硬实时应用进行了优化。

Cortex-M处理器针对各种具有实时功能的嵌入式应用程序所需的 ULP 和低成本计算进行了优化。

［表2| ARM Cortex 处理器系列之间的架构差异。］

使用所有三个 Cortex 处理器的异构系统如今很常见，并在许多应用程序中使用。一些常见示例包括智能手机、具有丰富图形用户界面 （GUI） 的可穿戴设备和高级驾驶员辅助系统 （ADAS）。此外，传统上基于简单 MCU 的嵌入式系统现在越来越需要支持丰富的 GUI。

这需要使用除 Cortex-M 处理器之外的 Cortex-A 处理器。因此，越来越多的嵌入式系统广泛使用 Cortex-A 处理器来解决通用嵌入式、工业、消费和医疗应用中的高性能、丰富的用户界面和丰富的操作系统（如 Linux）。这些应用还使用 Cortex-M 处理器来满足工业、医疗和消费类应用（如智能恒温器）中的确定性实时控制要求。

审核编辑：郭婷