我們每天都會(huì)遇到越來越多的計(jì)算系統(tǒng)，從智能手機(jī)和與之綁定的智能手表開始。在我們的家中，我們與智能聯(lián)網(wǎng)電視、冰箱、洗衣機(jī)和恒溫器互動(dòng)。在健身房，智能互聯(lián)設(shè)備正在成為常態(tài)。所有人都在改變我們的生活方式，使其變得更好。

所有這些嵌入式/物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的一個(gè)共同要求是以節(jié)能的方式期望它們完成的各種任務(wù)。這意味著這些電子系統(tǒng)需要處理不同的計(jì)算需求，并且不同的工作負(fù)載不是特定于行業(yè)的；它們跨越多個(gè)市場(chǎng)。一些常見示例包括嵌入式應(yīng)用、車載信息娛樂 （IVI） 系統(tǒng)、醫(yī)療保健和工業(yè)應(yīng)用。

這些下一代嵌入式應(yīng)用程序需要在不犧牲系統(tǒng)整體效率的情況下提高性能和安全性。因此，現(xiàn)代計(jì)算系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)為：

滿足相互沖突的要求，為運(yùn)行多個(gè)要求苛刻的應(yīng)用程序提供高性能，同時(shí)能夠快速響應(yīng)實(shí)時(shí)事件

高效處理一般數(shù)據(jù)處理任務(wù)，以及專門的多媒體處理

支持不同的軟件環(huán)境，例如，在一個(gè)計(jì)算元素上運(yùn)行 Linux，在另一個(gè)計(jì)算元素上運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) （RTOS）。

為了滿足這些相互沖突的要求，現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員嚴(yán)重依賴構(gòu)建異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)。異構(gòu)計(jì)算基本上是關(guān)于使用針對(duì)一組任務(wù)優(yōu)化的正確處理器。這種異構(gòu)多處理器 （HMP） 系統(tǒng)的一些好處包括提高了整體系統(tǒng)性能和效率，以及由于集成了不同的計(jì)算元素而降低了系統(tǒng)成本。

通過在同一片上系統(tǒng) （SoC） 中使用應(yīng)用處理器和微控制器 （MCU），嵌入式應(yīng)用可以受益于超低功耗 （ULP） ARM Cortex-M 處理器與更高性能Cortex-A 處理器的組合。他們還可以利用兩個(gè)龐大的軟件生態(tài)系統(tǒng)為下一代嵌入式設(shè)備帶來的好處。

有幾種類型的 HMP 系統(tǒng)。在一般意義上，HMP 系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，它結(jié)合了幾個(gè)不同的計(jì)算元素，如通用處理器、圖形處理器、圖像處理器、視頻處理器、顯示處理器，可能還有幾個(gè)加速器。圖 2 顯示了一個(gè)典型的 HMP 計(jì)算系統(tǒng)，其中包括幾個(gè)計(jì)算元素。HMP 系統(tǒng)還用于表示使用 ARM Cortex 處理器的各種組合的計(jì)算系統(tǒng)，例如 Cortex-A、Cortex-R和 Cortex-M。

【圖2 | 一個(gè)通用的異構(gòu)多處理器 （HMP） 計(jì)算系統(tǒng)。］

使用 ARM Cortex 處理器的各種異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)有哪些？多個(gè)計(jì)算系統(tǒng)通常使用不同的 Cortex 處理器組合來為給定的應(yīng)用程序提供正確的功能。表 1 描述了使用 Cortex 處理器的 HMP 系統(tǒng)的不同可能組合，并列出了這些系統(tǒng)之間的主要區(qū)別。

［表 1 | 多核處理器術(shù)語。］

ARM 的三個(gè)不同 Cortex 處理器系列針對(duì)不同的計(jì)算要求進(jìn)行了優(yōu)化，如表 2 所示。

Cortex-A處理器針對(duì)運(yùn)行豐富的操作系統(tǒng) （OS）（如 Linux 和 Android）進(jìn)行了優(yōu)化，可以為各種應(yīng)用程序中的要求苛刻的應(yīng)用程序提供高性能。

Cortex-R處理器針對(duì)具有高性能要求的硬實(shí)時(shí)應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。

Cortex-M處理器針對(duì)各種具有實(shí)時(shí)功能的嵌入式應(yīng)用程序所需的 ULP 和低成本計(jì)算進(jìn)行了優(yōu)化。

［表2| ARM Cortex 處理器系列之間的架構(gòu)差異。］

使用所有三個(gè) Cortex 處理器的異構(gòu)系統(tǒng)如今很常見，并在許多應(yīng)用程序中使用。一些常見示例包括智能手機(jī)、具有豐富圖形用戶界面 （GUI） 的可穿戴設(shè)備和高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng) （ADAS）。此外，傳統(tǒng)上基于簡(jiǎn)單 MCU 的嵌入式系統(tǒng)現(xiàn)在越來越需要支持豐富的 GUI。

這需要使用除 Cortex-M 處理器之外的 Cortex-A 處理器。因此，越來越多的嵌入式系統(tǒng)廣泛使用 Cortex-A 處理器來解決通用嵌入式、工業(yè)、消費(fèi)和醫(yī)療應(yīng)用中的高性能、豐富的用戶界面和豐富的操作系統(tǒng)（如 Linux）。這些應(yīng)用還使用 Cortex-M 處理器來滿足工業(yè)、醫(yī)療和消費(fèi)類應(yīng)用（如智能恒溫器）中的確定性實(shí)時(shí)控制要求。

審核編輯：郭婷