如何选择合适的处理器内核

处理器内核越复杂，面积和功耗就越大。但是，随着处理器处理数据的方式变得更加复杂，复杂性并不是一个单一的衡量维度。在选择处理器IP内核时，为您的项目选择正确的复杂性很重要。

思考复杂性的一些方法包括：

字节长

执行单元

特权/保护

虚拟内存

安全功能

通常，字节越短，内核越小，功率越低，但是，并非总是如此。8位内核（例如8051）的门数可与最小的32位内核相比，但功耗通常更差。8位内核需要更多的存储器访问权限，这是因为每个时钟周期需要较少的计算量，需要更多的周期。最终的影响是它需要更多功能来完成计算。

处理器内核在其执行单元的复杂性方面差异很大。最简单的是基本的单个ALU，它们需要通过简单的指令来实现许多通用操作。例如，使用shift和add来实现乘法。因此，内核具有硬件乘法器和除法器是普遍的。如果需要良好的浮点性能，则添加硬件浮点单元将提供明显更好的性能。此选项可用于Codasip的Bk3和Bk5RISC-V内核，但价格更贵。

到目前为止，我们已经假设单个计算线程和标量处理单元可以一次执行一条指令。超标量体系结构具有指令级并行性，能够提取多个指令并将其发送到不同的执行单元。例如，Western Digital EH1和EH2 SweRV内核有两个执行单元。理论上，单线程双核处理器可以具有单核两倍的性能。但是，线程可能会挂起，这会使两个执行单元暂时处于非活动状态。如果有两个硬件线程，一个线程挂起后，另一个线程可以继续执行。

处理器的流水线深度可能有很大差异，并且深度与延迟之间存在直接关系。一些应用程序可以忍受高延迟，结果是对中断的响应变慢，以换取较高的时钟频率和吞吐量。其他应用程序需要对中断的快速响应，因此需要更短的流水线。

复杂性的另一个方面是特权模式。模式越多，核心逻辑就越复杂。许多嵌入式应用程序以机器模式运行，这意味着代码具有对内核的完全访问权限。例如Linux中的root特权。必须完全信任此类代码，以避免产生负面后果。在更复杂的应用程序中，可以提供一系列特权，例如机器，管理员和用户。普通应用程序将在具有最大保护程度的用户模式下运行，而一些需要更高权限的软件将使用管理员模式。Linux需要这三种模式，这就是Codasip开发具有Linux功能的Bk7内核的原因。

虚拟内存还需要其他处理器资源，例如内存管理单元（MUU）和转换后备缓冲器（TLB），以处理将虚拟内存地址转换为物理地址的操作。这在面积和功耗方面带来了额外的成本，而没有提高处理器的吞吐量。但是，虚拟内存对于使用丰富的操作系统（例如Linux）是必不可少的，该操作系统可以使用更复杂的软件。

因此，在选择处理器内核时，请确定所需的执行单元，内存管理，特权和安全性。这种结合将决定内核的复杂性。

审核编辑：汤梓红