飞思卡尔LS1系列通信处理器 定制功能布局网络应用

“诱惑”的力量

当前科技的进步日新月异，发展潜力巨大，市场前景充满各种“诱惑”：

智能的诱惑。从最早的人工智能到智慧城市、智慧交通，整个生态系统的每个节点都在强调“智能”。以路由器为例，传统的手机、PC甚至互联网公司都推出了极富竞争力的智能路由器，而物联网时代必将有更多五花八门的智能设备孕育而生，这都离不开强大的智能芯片作为技术支撑，特别是通信处理器。

集成的诱惑。可以说从计算机发明开始，人类就在谋求各种电子设备如何更小，这就给芯片的集成度以及功耗带来了挑战，今天的芯片从处理器到FPGA甚至是数据转换器，都会试图集成更多的模拟器件和更多接口。

金钱的诱惑。未来物联网的收入主要来自数据和服务，我们现在也已经能够从国内外互联网巨头的行业动作中看出端倪，很多公司和创始人依靠它发家致富，还有很多公司和人在努力为它拼搏，最近很火的“阿里巴巴”就是这个时代的典型产物。通过网络收集数据和提供服务的背后需要无数通信处理器，并且对通信处理器的功能提出了更多挑战。

时间的诱惑。人们不再满足于产品从立项到上市要花上几年的时间，哪怕是几个月都嫌太长。在同等性能的情况下，芯片和软件越易用、半导体厂商提供的支持越多，就能让产品设计周期越短，自然更受欢迎。

完善LS1，拓展应用领域

飞思卡尔作为通信处理器的领导者，想在技术日新月异的时代保持领先地位，就要抓住各种“诱惑”所带来的机遇和挑战。为了支持广泛的功耗敏感型网络应用，以及其他快速扩大的产品类别，包括物联网网关、工业自动化和控制设备，飞思卡尔今年进一步完善了针对以上应用的QorIQ LS1系列通信处理器，包括LS1021A、LS1022A、LS1020A、LS1024A和LS102MA ，这些处理器各具特色，以满足不同行业客户的精准需求。

其中，QorIQ LS1021A处理器可为无风扇、小型封装的联网应用提供丰富多样的集成功能和出色的功率效能。QorIQ LS1020A和LS1022A处理器采用经济高效、高能效和高度集成的片上系统设计，是企业和消费类电子网络应用的高性价比产品。QorIQ LS1024A和LS102MA片上系统(SoC)通信处理器具有更高的处理能力和VoIP密度，小型数据包线速处理能力，符合DRM标准安全的企业级VPN和SSL吞吐量，为需要企业级网络性能的低端应用提供具成本效益的优化。

抓住“诱惑”的机遇

为满足智能需求，QorIQ LS1系列基于ARM内核，其中LS1024A包括双核ARM Cortex-A9内核，运行频率为650 MHz~1.2 GHz，处理能力高达6 000 DMIPS。LS1020A、LS1022A和LS1021A采用的是典型频率为 800 MHz~1.2 GHz的高能效应用处理器Cortex-A7。Cortex-A7功耗低、尺寸小并整合了高性能，包括硬件虚拟化支持、大物理地址扩展(LPAE) NEON 高级SIMD 和AMBA 4 ACE 一致性。Cortex-A7还具有高级扩展性，除了具有与上一代经典ARM 和Thumb 架构的二进制兼容性外，Cortex-A7 处理器还通过以下技术扩展提供了更多优势：Thumb-2，提供最佳代码大小和性能；TrustZone安全扩展，提供可信计算；Jazelle技术，提高执行环境（如Java、.Net、MSIL、Python 和Perl）速度。

为了让系统更小，LS1系列集成了优化的外设，包括：LCD控制器，对所有SRAM进行ECC保护以实现最大可靠性，支持DDR3L及DDR4内存，虚拟支持，QUICC引擎技术，带集成PHY 的SATA3与USB 3.0等。对于功耗受限应用，LS1022A还支持基于CAN和UART的工业协议。

为应对缩短上市时间需求，飞思卡尔提供了易用的VortiQa网络软件、IP和开发板（如塔式系统模块化开发平台）。此外，飞思卡尔和合作伙伴建立的庞大生态系统为VPN/ SSL SMB路由器、家庭网关、消费电子网络附加存储和企业级接入点设备制造商等提供解决方案，以加快其产品上市速度并降低开发成本。

图1 QorIQ LS1021A内部结构图

定制功能布局网络应用

飞思卡尔QorIQ LS1系列针对细分市场，集成了很多特别的功能。针对WLAN接入点和SDN交换机/路由器这样的网络应用，LS1024A的I/O接口结合创新的多层总线架构，可实现所有数据接口之间无阻塞并行交易处理，从而最大限度减小片上数据包处理延迟。所配置的SATA-2接口以及强大的处理引擎和集成式RAID控制器，为网络附加存储应用提供了理想的解决方案。除高吞吐量IPsec和SSL CPU卸载，LS1024A采用包含强大深度数据包检查引擎和GZIP解压缩功能的板载安全引擎。其还配有3个用于DMZ配置的以太网接口，进一步加强SOHO/SMB路由器和网关的安全。

图2 LS1024A系统图

LS1021A、LS1020A和LS1022A处理器包含带ECC保护的L1和L2缓存，需要强调的是，QorIQ LS1系列器件是同等级产品中唯一带ECC保护缓存和一致性512 KB L2的处理器，在提高性能的同时，满足网络高度稳定性的要求。

以上这些功能都是物联网应用的必要条件，在其中许多边缘网络设备和传感器将会捕捉和传输各个节点之间的特定用户数据。因为这种数据可以直接关联或链接到单独的用户，数据必须经过加密处理。数据的安全性日益受到法规的监管与监控，进而扩展到所用加密标准和协议的技术规范。不可避免的是，这会要求物联网应用中所使用的通信处理器必须具备执行加密操作的功能，例如哈希算法、签名和加密数据，以及旨在满足法规要求的安全密钥存储单元。图3所示为基于LS1021A的物联网网关系统结构图。

图3 飞思卡尔QorIQ LS1021A物联网网关系统结构图

注重整体解决方案

半导体厂商现在已经把更多的精力放在整体解决方案上，飞思卡尔所提供的解决方案像其芯片一样，也是行业领先的。

飞思卡尔的控制和网络处理器解决方案旨在满足制造业、过程工业和关键基础设施领域极具挑战的安全性和可靠性需求。其中，LS1020A和LS1022A器件的QUICC引擎为工业、楼宇和工厂协议提供所需的可靠支持，如PROFIBUS、HDLC和TDM。这两款处理器具有下一代802.11ac和网络/工业应用所需的处理性能，同时保持在当前POE功率预算范围内。此外，它们还基于QorIQ SEC 5.5硬件加速安全引擎，为客户应用提供深度防御。可以看到，飞思卡尔在诸多细节上都力求尽量满足工业等应用对于安全性和可靠性的需求。

以工业网关（或工业路由器）为例，其是一种连接两个或更多网络的耐用型设备，用于将信号定向到所需的端口。网关可以在标准以太网与工业以太网协议、无线与有线接口，或者以太网与现场总线通信协议之间实现转换。处理器性能从200至1500 MIPS不等。工厂自动化设备需要具备坚固耐用的结构，以便在恶劣的工业环境下实现无风扇运行。LS1020A和LS1022A就特别适合该应用。

图4 飞思卡尔工业网关（工业路由器）解决方案系统框图

飞思卡尔WLAN解决方案基于QorIQ通信级处理器，针对802.11ac和802.11n接入点、无线路由器及LTE和WLAN小型蜂窝基站进行了优化。飞思卡尔性能优化且规格齐全的无线LAN接入点参考设计包括面向CAPWAP、MACsec、DTLS协议、OpenWRT和应用(App ID)应用的支持选项。目标应用包括企业WLAN接入点、服务提供商WLAN接入点、多业务路由器、远程和分支机构路由器、SOHO和SMB网关、小小区LTE和WLAN。

图5 飞思卡尔WLAN接入点方案系统框图

LS1系列适用的另一个热门应用就是SDN交换机/路由器。软件定义网络（Software Defined Network, SDN ）是由美国斯坦福大学Clean Slate研究组提出的一种新型网络创新架构，其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。很多通信厂商都积极推动SDN在移动承载、数据中心、骨干网、城域智能管道等多种场景中的网络应用。飞思卡尔的SDN技术摆脱了当前OpenFlow L3的局限，扩展到了L4~L7 OSI层，支持将防火墙和深度数据包检测(DPI)等网络服务嵌入到数据转发平面中。这些前沿的SDN解决方案已借助VortiQa网络软件在广泛的QorIQ多核SoC产品组合中进行了优化。

未来的网络时代可以贴上“物联网”、“云计算”、“云存储”、“大数据”等各种标签，不管是什么，都需要各种级别通信处理器的支持，飞思卡尔将一直把促进通信行业发展作为自己的责任和义务，领导通信处理器的创新。