嵌入式设计资源简化优化汇聚式处理器的实现

　　目前国内对嵌入式系统一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

　　嵌入式系统是电脑软件与硬件的综合体，它是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，从而能够适应实际应用中对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。一台通用计算机的外部设备中就包含了5~10个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、Modem、网卡、声卡、打印机、扫描仪、数码相机、USB集线器等均是由嵌入式处理器进行控制的。在制造工业、过程控制、通信、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面，嵌入式计算机都有用武之地。本文将介绍一种独特的嵌入式平台核心处理器--汇聚式处理器Blackfin以及其主流的配套操作系统及相关资源。

　　基于Blackfin构建独特的嵌入式平台

　　汇聚式处理器Blackfin 基于由 ADI 和 Intel 公司联合开发的微信号架构(MSA)，它将一个 32 位 RISC 型指令集和双 16 位乘法累加(MAC)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。这种汇聚式处理能力的组合使得Blackfin处理器能够在信号处理和控制处理应用中均发挥极佳的作用 -- 在许多应用中免除了增设单独的异构处理器的必要，极大地简化了硬件和软件设计。Blackfin处理器非常适合于满足会聚能力起关键作用的嵌入式音频、视频和通信应用的计算要求和功耗约束条件，包括多格式音频、视频、语言和图像处理，多模式基带和分组处理，控制处理和实时安全性。正是这种独特的系统架构、所具有的设计灵活性和可扩展性为Blackfin处理器赢得了广泛的适应性，例如数字家庭娱乐、网络和流媒体、汽车远程信息处理和信息娱乐、数字无线电，以及移动电视终端。

　　目前，Blackfin 处理器在单内核产品中可提供高达 756MHz 的性能，还提供了低至 0.8V 的业界领先的功耗性能，对于满足当今及未来的信号处理应用而言，这种高性能与低功耗的组合特征是必不可少的。Blackfin 处理器都为嵌入式系统设计提供了十分重要的特性及性能优势，包括：同时实现各种应用的高性能信号处理和高效控制处理能力;可确保产品开发时间最小化的易用型混合 16/32 位指令集架构和开发工具套件;丰富的嵌入式系统设计的软件模块资源和内置硬件资源(存储器、PWM单元、广泛的接口等);实现器件功耗模式与终端系统要求相适应的动态电源管理能力。所有的 Blackfin 处理器均具有多个独立的 DMA 控制器，这些控制器支持自动数据传输，而所需的处理器内核开销极少。此外，Blackfin处理器具有丰富的存储器配置，可以极大地方便嵌入式系统的应用开发。以ADSP-BF51x系列为例，该处理器同时具有NOR闪存、NAND闪存、铁电存储(FRAM)、SDRAM,还提供了支持Lockbox安全技术的一次性可编程存储器。

　　ADI公司推出的Blackfin处理器是一类专为满足当今嵌入式音频、视频和通信应用的计算要求和功耗约束条件而设计的新型 16~32 位嵌入式处理器。Blackfin 处理器基于由 ADI 和 Intel 公司联合开发的微信号架构(MSA)，它将一个 32 位 RISC 型指令集和双 16 位乘法累加(MAC)信号处理功能与通用型微控制器所具有的易用性组合在了一起。 这种处理特征的组合使得 Blackfin 处理器能够在信号处理和控制处理应用中均发挥上佳的作用 -- 在许多场合中免除了增设单独的异类处理器的需要。该能力极大地简化了 硬件和软件设计实现任务。

　　

 

　　操作系统在Blackfin上的组织结构

　　广泛优化的操作系统资源

　　除了硬件平台之外，嵌入式操作系统的选择对于正在从事新的嵌入式开发项目的工程师来说同样重要。对于Blackfin处理器来说，除了处理器本身的独特性能特性优势外，强大的嵌入式操作系统资源是该处理器获得广泛应用的另一个关键因素。Blackfin处理器支持包括VisualDSP自带的操作系统内核(VDK)、ThreadX、uCLinux和Nucleas等获得业界广泛应用的操作系统，避免了工程师在从其它处理器平台移植到Blackfin平台时因更改操作系统而延长终端产品开发周期。这些操作系统各自具有不同的特性和功能以及具有不同的价格、版权费用条款。从特性上看，有代码非常紧凑、复杂度低的操作系统(VDK)，有复杂、具有丰富特性的操作系统(如uClinux)，具有极高可靠性的INTEGRITY,专注于汽车市场需求的RTA-OSEK,等等 .下面将对以下几类操作系统进行简要介绍。

　　

 

　　Blackfin处理器支持的主要操作系统及第三方供应商列表。

　　1. ThreadX

　　ThreadX是优秀的硬实时操作系统(RTOS)，适用于深嵌入式应用中，具有规模小、实时性强、可靠性高、无产品版权费、易于使用等特点，并且支持大量的处理器和SoC,包括ARM、PowerPC、SH 4、MIPS、ADI DSP、TI DPS、Nios II等，因此广泛应用于消费电子、汽车电子、工业自动化、网络解决方案、军事与航空航天等领域中。ThreadX已被广泛的用户接纳，并且目前在超过4亿5千万电子产品中得到广泛应用。ThreadX配有Express LogicTCP/IP协议栈NetX、文件系统FileX、USB协议栈USBX以及GUI开发包PEGX，所有这些都支持Tensilica最新的Diamond Standard 106Micro产品。

　　Express Logic公司与ADI公司建立了深入的合作关系，针对ADSP-BF534、ADSP-BF536和ADSP-BF537处理器提供了优化的实时操作系统，针对Blackfin双内核处理器ADSP-BF561开发了增强版的ThreadX实时操作系统(ThreadX SMP RTOS)，该产品大大简化了开发商管理在双内核SMP嵌入式处理器上的编程任务，为Blackfin处理器的双内核提供负载平衡，缩短了双内核平台的开发过程(ThreadX SMP版本是消费电子应用中第一个真正的多处理器开发环境)。ThreadX实时操作系统可为Blackfin用户提供实时、多线程应用，Express Logic的picokernel结构使该产品具有很高的性能和极小的代码规模，最小采用4KB的独立文件构建所有系统服务。针对Blackfin处理器优化的ThreadX还与ADI公司的VisualDSP++集成开发环境(IDE)的无缝集成，进一步优化了嵌入式系统开发环境。