Внедрение гетерогенных мультипроцессорных систем во встроенные системы

6 апреля 2017

Наши коллеги подготовили обзор статьи, посвященной гетерогенным мультипроцессорным вычислительным системам, которая была опубликована на портале Embedded-computing.

---

Ежедневно мы сталкиваемся с новыми вычислительными системами, например — смартфоны и смарт-часы, привязанные к ним. В наших домах стоят подключенные к Интернету телевизоры, холодильники, стиральные машинки и термостаты. В тренажерных залах «умное» оборудование становится нормой. Все это меняет современную жизнь к лучшему.

Основное требование для всех встроенных систем и ПО устройств Интернета вещей — энергоэффективность при выполнении множества задач. Самые распространенные области — ПО для встроенных систем, информационно-развлекательные системы автомобиля (IVI), решения для здравоохранения и промышленности.

Таким образом, современные вычислительные системы должны быть спроектированы так, чтобы одновременно:

• Работать с несколькими задачами с высокими требованиями по производительности и реагировать на события в реальном времени.
• Эффективно обрабатывать несколько потоков данных и мультимедиа.
• Быть способными запускать ОС разного типа (общего назначения и реального времени) на разных вычислительных элементах.

Для удовлетворения таких противоречивых требований системные архитекторы строят гетерогенные мультипроцессорные вычислительные системы (Heterogeneous Multiprocessor Systems, HMP). Преимущество таких систем в том, что они более производительны, а за счет использования узкоспециализированных вычислительных элементов, нацеленных на выполнение конкретных задач, имеют меньшую стоимость. В общем виде, HMP-система — это система, которая сочетает несколько вычислительных элементов, например: процессор общего назначения, графический процессор, процессор для обработки изображений, видеопроцессор, дисплейный процессор и несколько аппаратных ускорителей (рис.1).

Рисунок 1. Типичная архитектура гетерогенной мультипроцессорной
вычислительной системы с несколькими вычислительными элементами.

Существует несколько видов HMP-систем. В конкретных решениях, представленных на рынке, используются различные комбинации процессоров Cortex для эффективной работы.

Три процессора семейства ARM Cortex, удовлетворяющие различным вычислительным требованиям:

• Cortex-A: оптимизированы для работы в ОС общего назначения, таких как Linux, для обеспечения работы широкого спектра приложений.
• Cortex-R: оптимизированы для ОС жесткого реального времени с высокими требованиями к производительности.
• Cortex-M: оптимизированы для недорогих вычислений с низкими энергозатратами, необходимых для многих встраиваемых систем реального времени.

На сегодняшний день широко распространены гетерогенные системы, которые используют все три процессора. Они могут использоваться в смартфонах и носимых устройствах, системах содействия водителю (ADAS). Более того, встраиваемые системы, традиционно работающие на простых микроконтроллерах, все чаще требуют наличия сложного графического интерфейса (GUI).

Растущее число современных встраиваемых систем предполагает использование процессоров Cortex-A, которые обеспечивают высокую производительность, реализацию сложных графических интерфейсов и подходят для популярных ОС, использующихся во встраиваемых системах (Linux). Также в них предполагается использование процессоров Cortex-M для решения задач управления в реальном времени, что особенно актуально для систем в здравоохранении и промышленности (например, «умные» терморегуляторы).

Источник: Understand why system architects are implementing HMP systems for embedded applications

Теги: вычислительные системы, гетерогенные мультипроцессорные вычислительные системы, Heterogeneous Multiprocessor Systems, HMP, ARM Cortex