合理选择嵌入式系统的多处理器

2004年5月A版

　　在许多嵌入式系统设计中，成本要求压倒一切。为了降低成本，设计者往往在整个系统中只用一个微处理器，因为元件越少成本越低。但是，将作业分配给多个处理器会简化设计和缩短面市时间，可对附加的成本获得超量的补偿。当然应该根据设计特性来寻求解决方案，要记住增加一个辅助处理器对系统成本的影响是有正有负，必须进行全面考核。

　　在好处方面，辅助处理器可降低对主处理器性能的要求，可选用较便宜的产品。辅助处理器还可简化接线，主处理器通过串行总线与智能辅助处理器连接，而无需用并行总线作直接控制，简化接线显然比较节省和减少噪声问题。

　　然而，潜在的最大好处是使用辅助处理器可简化设计的开发和除错，例如，将功能分配到不同的器件可简化软件结构，使整合和除错比较容易，并且可进行并行开发和加快设计过程。甚至可促进辅助处理器功能硬件的软件再用，加快后端的设计。结果，这些好处可使产品更快地推向市场。

　　当然，需要作出权衡。考虑的问题之一是会增加处理器的成本，但是问题不大，许多处理器的批量单价只有1美元。更大的潜在困难是在主、辅处理器不能共用同样开发工具的情况下，辅助处理器开发工具的成本。显然，明智的设计队伍可选择适于多种多处理器设计用的辅助处理器，结果是工具成本分摊到多个设计中，减轻了总成本的增加。还有可大批量购买元件，以便获得更高的折扣。

多处理器和总线

　　对多处理设计带来的软件变化应该作出全面权衡。单一功能的设计不可能从多处理器获得好处，然而，许多设计需要多种功能，并行执行作业，此时多处理器可发挥更大作用。最好的情况是，多个作业相对独立，涉及多个I/O通道，许多功能即可从主处理器迁移到辅助处理器。

　　选择合适的总线，对成本同样具有重要意义，对比的性能包括连接线数目、速率、协议、地址，微控制器通用的主要通信总线性能如表1所示。

　　这里着重介绍MDB(多节点总线)，它只有两根连线，速率较低，主/从结构，地址32个，半双工运行，两根连线分别传送时钟和数据。由于MDB在四种总线中物理结构最简单，容易实现，被选作为自动售货机构件标准。MDB的通信开销比较慢，发送命令和获得响应大约要用40ms，如表2所示。

举例：自动售货机

　　无人值守的自动售货机(VM)需要每天24小时连续工作；客户放入硬币或纸币，售货机自动送出产品，它由几种构件组成：自动售货机控制器，作为嵌入式主处理器；硬币读出器；纸币读出器；卡读出器；键盘输入；显示输出；马达和传感器控制；维护端口；互联网通信。

　　因为自动售货机功能比较复杂和I/O较多，嵌入系统必须招待并行、异步作业。如果采用单处理器的嵌入式系统，则需要与许多复杂的构件作并行连接，如图1所示。如果采用多处理器的嵌入式系统，将处理功能分配到构件中(如马达控制、硬币读出、读卡器等)，则可使主处理器和I/O连接明显简化，功能增强，响应加快，如图2所示。■