基于多核异构的SoC 为工业4.0应用带来卓越的运算和实时控制能力

基于多核异构的SoC 为工业4.0应用带来卓越的运算和实时控制能力

   在工业4.0时代，智能制造是核心，而高速传输、对大数据的实时处理、节能与安全性，则是高精度智能制造的基石。这相应也对半导体器件提出了更高的要求，德州仪器全新的Sitara? AM57x处理器系列，以多核异构为利器，凭借具有实时处理和多媒体特性的强大片上系统(SoC)，引领嵌入式市场和工业应用迈向一个新高度。

　　据德州仪器(TI)嵌入式处理器业务拓展经理鲍震介绍，该器件采用针对高性能处理和高级操作系统 (HLOS) 运行的ARM? Cortex?-A15作为内核，同时还集成了用于分析和实时计算的C66x数字信号处理器(DSP)、可编程实时单元(PRU)、用于实现控制功能的ARM Cortex-M4内核以及用于高级用户界面和多媒体应用的视频与图形加速器，这些配置的集成使AM57x处理器在同类产品中脱颖而出。

　　多核异构带来实时精准控制和高效运算能力

　　鲍震接下来为记者具体解析了这款多核异构处理器的高度集成性，以及为工业实时控制的精准性和多媒体带来的卓越处理能力。

　　首先，两种不同类型计算内核的独特结合可让开发人员实现最大化受益，其中每个计算内核都拥有多达两个的1.5GHZ ARM Cortex-A15内核与750MHz C66x DSP，用于执行不同的任务。实现快速、可响应的应用与接口，无需为数据吞吐量做出妥协，能够为应用提供更多的空间，可在Excel中实现数学运算，提供数据迁移。

　　其次，该处理器在实时控制能力方面表现不俗，得益于除高性能内核外，AM57x处理器还包括两个ARM Cortex-M4内核与四个PRU，为开发人员提供如控制电机或监控传感器等工业应用所必需的低时延和实时控制功能。“PRU就是可编程实时单元，PRU可以做很多应用，比如我们做实时总线就是通过PRU来做。另外很多客户想了解加入Cortex M4的作用，可以这样来理解，如果在一个应用环境中只需通过Cortex M4即可完成工作的条件下，不需要DSP和ARM的时候，可以把它们关闭以降低功耗。目前一些客户应用是用M4做了工业线上很多传感器的采集，这个时候只需要MCU工作即可，我们MCU是两个Cortex M4的内核，每个213兆，也就是说这样的配置可以提供相较于普通MCU的不可想象的性能。” 鲍震对记者详细解释到。

　　第三是在多媒体和连接高效性能方面也独具特色。该器件集成了两个适用于高级图形用户界面的SGX5443-D和一个GC320 2-D图形加速器，同时还配备了一个适用于高清视频回放的1080p60视频加速器和多显示器支持以及用于记录、拍照或读取条形码的多路摄像头输入。该处理器配备了工业通信子系统(ICSS)，可支持实时现场总线协议和其它工业通信，同时其借助如PCIe、SATA、千兆以太网和USB3.0等集成的高速外设实现了分支系统的灵活性。这些强大的特性与高性能ARM Cortex-A15内核及DSP相得益彰，使AM57x处理器能够更快地发送和接收数据。

　　Sitara AM57x系列处理器在设计时充分考虑了高性能和集成性两大关键要素。因此，该处理器可为开发人员提供独一无二的性能。相较于四核ARM Cortex-A9处理器，其性能提高了40%，而相较于目前嵌入式产品市场中标准双核ARM Cortex-A9处理器，其性能提高了280%。

　　关于功耗，这个产品可以做到2W，通常情况是2W以下，这是在不需要散热器的情况下。另外这个产品基本上可以做到是无风扇设计，如果在最高性能需求的情况下，功耗基本在4瓦左右，具体参考数据手册，鲍震表示。

　　凭借完全可扩展的软件经验打造定制化解决方案

　　引脚对引脚的兼容性简化了迁徙，并通过Processor SDK进行统一，能够实现在Sitara及DSP产品组合中的代码复用，为用户带来首次可扩展软件体验。

　　据了解，该处理器系列可提供从低端到高端的不同选项(AM335x、AM437x和AM57x系列)，凭借通用的代码库，开发人员无需重新了解软件平台。处理器SDK提供了一个统一的软件平台，适合于使用主线长期稳定型(LTS)Linux?内核(RT-Linux)、Linaro?工具链和Yocto Project?兼容文件系统等拥有一致性软件基础的TI处理器产品组合。它为开发人员提供了始终如一的用户体验，无需进行软件资源的再投资。为了实现最佳的实时性能，TI还提供TI-RTOS支持。此外，通过Khronos OpenCL?等编程框架，用户还可从简化的开发过程中受益。Khronos OpenCL?可帮助开发人员直接利用DSP，无需任何与DSP相关的专业知识。

　　处理器与SDK软件兼容

　　庞大的开发与支持生态系统

　　当然庞大的开发和支持生态系统，TI的E2E社区以及TI中国的在线技术支持社区可以为用户提供和国内外工程师的接口，同时Beagleboard、org是跟TI拥有长期合作的伙伴，其在业内，尤其在做小的嵌入式系统以及开发的发烧友中式非常有名。

　　TI已与BeagleBoard、org联袂合作，通过Sitara AM5728处理器驱动全新的BeagleBoard-X15，并提供访问大型开源硬件开发者社区的许可。来自TI Design Network成员的其他第三方解决方案可为客户提供业经验证的硬件模块和功能强大的软件产品，例如硬件加速的视频编解码器等。开发人员还可从灵活的操作系统以及广泛的产品需求解决方案中直接受益，例如Adeneo Embedded公司提供的Windows Embedded Compact 2013和Android?5.0以及Mentor Embedded公司、Green Hills公司、QNX公司和Wind River公司所提供的实时操作系统(RTOS)。此外，Ittiam公司、PHYTEC公司、D3 Engineering公司、CompuLab公司、DAB-Embedded公司和Z3 Technology公司所提供的预建硬件模块还能进一步为客户缩短开发周期。

　　揽括工业4.0主流领域 前景可期

　　那么基于以上AM57x产品的主要特性，在实际应用中又表现如何呢?鲍震首先为记者介绍了工业机器人领域通过该处理器所带来的应用升级。工业机器人底座下面一般有个工业PC，现在一般是用的X86平台，有很多客户抱怨说这X86平台使得工业PC体积过于庞大，第一个它必须使用散热器，第二它必须有风扇，所以做起来的机器像电脑那么大，如果客户将AM57x使用过来就可以把PC的尺寸缩小至一倍，做成像一个小盒子的插件这么方便，这就是我们目前看到的市场，基本上AM57x的性能已经是相当于PC的功能了。

　　第二个典型应用是机器视觉，鲍震进一步介绍说，因为AM57x有强大的视频加速性能，不光是感测视频信号，还能进行分析。举个简单的例子，当产品经过生产线的时候，发现某个标志跟前面都不一样，比如产品的标签印反了，利用机器视觉可以自动将标签贴翻的产品抓取出来，作为次品处理。当然还有分颜色，分形状，这些都是可以实现的。

　　另外，包括变电站自动化，智能电网也是TI看好的应用领域，因为现在有很多变电站要实现高智能，也就是用尽量少的电缆同时要支持各种工业的协议。包括工业电脑，HMI的界面，传统的处理器都会在应用在这个领域。

　　最后，鲍震也提到了该处理器在运动控制方面应用前景，因为AM57x除了以上说的功能以外，它也具有TI比较传统的在运动过程中的强项，运动过程可以把它跟工业技术联系在一起，包括医学成像，有强大的视频处理能力，这些都是我们目前看到这个产品可以涉及的主要应用范围。

　　可以预见，拥有高性能、低延时，多媒体加速，宽泛的连接、扩展性的AM57x将在工业4.0时代有一个较长的生命周期和广阔的市场前景。