選擇嵌入式處理器曾經是一項非常簡單的任務。當然，這又回到了“過去”，當時的重點是一組有限的功能，用戶界面和連接性并不重要，功耗也不是一個首要問題。在當今的融合處理領域，單個設備可以執行控制、信號處理和應用級任務，因此需要考慮的因素很多（圖 1）。雖然處理器選擇過程有太多方面需要在此處詳細說明，但讓我們來看看系統設計人員必須考慮的一些更突出的領域。

圖 1：當今的融合處理范例使選擇處理器成為比以往更加復雜的決定。

處理器性能

系統設計人員會反射性地將設備的處理速度視為其性能的主要指標。這不是一個糟糕的開始，但它是一個不完整的評估。評估處理器每秒可以執行的指令數量顯然很重要，而且評估在每個核心時鐘周期內完成的操作數量和計算單元的效率也很重要。使用多核處理器作為極大擴展設備計算能力（尤其是在同質內核的情況下）或明確區分控制處理與信號處理活動（通常使用異構內核）的方式已不再罕見。

硬件加速

當然，這不僅僅是關于處理器內核。為了執行明確指定的功能，硬件加速器幾乎總是最省電的方法來執行它旨在加速的功能。在使用加速器方面可以發揮作用的一個方面是它在軟件算法中使用的友好程度。對于全算法類型的加速器，例如 H.264 編碼器，通常不存在問題，因為它基本上是獨立的。然而，對于像 FFT 這樣的內核類型的加速器，在更大的算法中使用加速器可能更具挑戰性。看看硬件功能如何執行以及它需要如何配置。

帶寬要求

帶寬估計是一個很容易過度簡化的過程，有時會產生不幸的結果。系統中的所有單個數據流必須相加（考慮方向性和時間窗口），以確保內核能夠在分配的窗口內完成其數據處理，并且各種處理器總線不會過載，導致數據損壞或系統故障。例如，對于視頻解碼器，設計人員首先需要考慮讀取需要解碼的數據。然后，有必要合并創建解碼幀序列所需的許多數據傳遞。這可能涉及內部和外部存儲器之間的多個緩沖區傳輸。最后，設計人員必須考慮到顯示緩沖區到輸出設備的流式傳輸。

在考慮了所有數據流之后，需要構建整體系統預算。此預算受多種因素影響，包括 DRAM 訪問模式（以及由此導致的性能下降）、內部總線仲裁、內存延遲等。

能源管理

將功耗限制在與臨時操作要求相稱的水平的能力對于保持電池壽命以及主電源供電系統的總體能源成本至關重要。處理器可以提供多種選項來優化應用程序的電源配置。其中一項功能是動態電源管理——能夠調整核心頻率和工作電壓以滿足一定的性能水平。另一個是多種電源模式的可用性，可在特定時間間隔內關閉各種不需要的資源，包括存儲器和外圍設備。系統喚醒（通過通用 I/O、實時時鐘或其他激勵）是此電源模式控制的一個組成部分。電源管理的另一個靈活性是內核、I/O 和存儲器的多個電壓域的存在，

安全需求

在過去幾年中，處理器安全性變得越來越重要。無論這樣的方案是否是系統的基線要求，在決定最終方向之前，必須從多個有利位置查看安全問題。安全需求通常采取平臺保護、IP 安全或數據安全的形式——或三者的某種組合。

需要平臺保護來確保在應用程序中只運行經過身份驗證的代碼。換句話說，是否必須主動阻止“流氓代碼”運行？通過“流氓代碼”，我們指的是試圖訪問處理器上受保護信息或“劫持”處理器并獲得對更大系統的控制權的程序。平臺保護可以通過多種技術實現，在選擇時總是需要權衡取舍。與任何權衡一樣，隨著保護級別的提高，也會產生成本影響。另一個重要的考慮因素是整體安全方案在開發和生產中的易用性。

驗證代碼的能力對于保護 IP 和數據也至關重要。IP 安全需要一種方法來加密帶入處理器執行的代碼映像，或者通過嵌入式閃存或無法通過外部機制訪問的內部 ROM 將此 IP 存儲在處理器內部。需要某種形式的數據安全性來確保數據進出系統而不會受到損害。在某些情況下，特別是在低端微控制器中，安全性可能完全由嵌入式閃存處理，但在高端處理器上，應用程序通過引導加載程序加載，該方案可能更復雜。

安全和容錯

在許多應用中，安全顯然是主要關注點，例如汽車駕駛員輔助系統或閉環電源控制系統。然而，目前其他不那么明顯的應用程序的設計人員開始更加關心提高操作穩健性水平。尤其是處理器內置于較小的硅幾何尺寸（例如 28 納米或 40 納米）中，其中內存中的軟錯誤可能會因為自然發生的事件（包括 α 和 γ 粒子）而影響操作。在處理器選擇過程中，重要的是檢查處理器如何處理這些類型的錯誤，以及它如何響應一般的意外事件。發生錯誤時可以采取哪些步驟？它如何向其他系統組件發出出現問題的信號？

調試能力

隨著應用程序變得越來越復雜，開發過程也變得越來越復雜。當處理器和應用程序子組件的數量呈指數增長時，過去有效的捷徑可能不起作用。考慮使用操作系統或實時內核的基于軟件的大型系統的系統級調試。處理器及其工具鏈是否有辦法在不影響應用程序的情況下檢查處理器狀態？是否可以剖析和追蹤處理器所在的位置，或者捕獲所有感興趣的事件？在熟悉可用的調試級別之前，應該回答所有這些問題以及更多問題。

系統成本

有時，系統設計人員關注處理器價格標簽而不是整體系統設計成本。不僅要考慮設備本身的成本，還要考慮所需的支持電路的成本——電平轉換器、接口芯片、膠合邏輯等。此外，封裝選項也起著至關重要的作用：一個處理器的封裝可能允許四層板設計，而另一個處理器的封裝可能需要昂貴的六層或八層板，因為存在布線挑戰。最后，不要忽視額外的處理空間的價值，它可以允許未來的可擴展性，而不會導致昂貴的處理器更換或電路板旋轉。

信號鏈

最后一點：處理器選擇應與系統信號鏈要求的研究同步進行。處理器供應商是否也銷售連接到處理器的外圍設備？從同一個供應商處購買多個系統組件通常是有利的——對于互操作性、客戶支持和整體定價優勢。

準備好選擇處理器了嗎？

如前所述，在處理器選擇階段還有許多其他方面需要考慮，但這里描述的注意事項應該為開始這一關鍵過程提供良好的基礎。ADI 公司等供應商提供各種符合所述選擇標準的處理器和其他組件。

作者：David Katz，Rick Gentile

審核編輯：郭婷