無線應(yīng)用：Zynq All Programmable SoC的OS選擇考慮因素

　　隨著無線數(shù)據(jù)吞吐量的爆炸式增長，數(shù)字信號處理技術(shù)和無線電設(shè)備在改進(jìn)方面面臨著巨大壓力。目前的重點放在4G LTE。4G網(wǎng)絡(luò)正在世界各地大規(guī)模部署。而且現(xiàn)在我們看到5G網(wǎng)絡(luò)的早期研發(fā)工作也已經(jīng)展開，其目標(biāo)是在4G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上將數(shù)據(jù)容量再提升上千倍。這種新興的技術(shù)發(fā)展給系統(tǒng)廠商提出了不斷發(fā)展變化的新要求——他們必須提升系統(tǒng)集成度和系統(tǒng)性能，降低系統(tǒng)材料清單(BOM)成本，提高設(shè)計靈活性，并加速產(chǎn)品上市進(jìn)程等。

　　傳統(tǒng)ASIC器件支持的硬件解決方案雖然可以實現(xiàn)功耗和成本目標(biāo)，但偶生工程成本(NRE)極高、靈活性差且產(chǎn)品上市進(jìn)程非常緩慢。為了滿足這些要求并應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，賽靈思向行業(yè)推出了All Programmable SoC(APSoC)架構(gòu)，并將其成功實現(xiàn)在Zynq-7000產(chǎn)品系列中。

　　Zynq-7000器件采用賽靈思APSoC架構(gòu)并通過硬件、軟件和I/O可重編程功能可實現(xiàn)更大的系統(tǒng)級差異化、更高的集成度和靈活性(圖1)。Zynq-7000器件自2011年12月推出以來，已廣泛應(yīng)用于通信、數(shù)據(jù)中心、汽車、工業(yè)、航空航天與國防等眾多市場領(lǐng)域。對通信市場(尤其是無線應(yīng)用領(lǐng)域)而言，Zynq-7000帶來了獨(dú)特的優(yōu)勢：其集成式可編程邏輯(PL)專門針對數(shù)字信號處理進(jìn)行了精心優(yōu)化;其ARM Cortex A9處理子系統(tǒng)(PS)能夠高效實現(xiàn)典型無線設(shè)備(例如遠(yuǎn)端射頻單元和無線回程單元)的控制功能。

　　圖1：Zynq-7000 All Programmable SoC架構(gòu)

　　在構(gòu)建基于Zynq APSoC器件的無線應(yīng)用時，必須選擇能滿足應(yīng)用需求的操作系統(tǒng)。為此，針對不同的無線應(yīng)用，需要考慮幾個關(guān)鍵因素：

　　1. 電信級運(yùn)營能力：對電信級系統(tǒng)，一般要求系統(tǒng)可靠性達(dá)到99.999%。單元在正常工作時間可靠性必須達(dá)到這么高。從運(yùn)營的角度講，它代表對系統(tǒng)各項特性的支持，比如冷/熱啟動、故障監(jiān)測、檢測和處理以及冗余。

　　2. 實時處理：實時意味著可預(yù)測的響應(yīng)時間，而不僅僅是“非?？?rdquo;。遠(yuǎn)端射頻單元與無線回程處理相比有不同的實時要求。無線電設(shè)備信號處理任務(wù)重，用于支持信號處理的處理器必須滿足嚴(yán)格的時序預(yù)算要求。

　　3. 診斷：為支持現(xiàn)場診斷和事后診斷，需要采集和存儲大量性能測量數(shù)據(jù)和日志數(shù)據(jù)。因此應(yīng)具備跟蹤和管理對無線應(yīng)用具有重要意義的部分關(guān)鍵指標(biāo)的能力，比如性能衡量與統(tǒng)計指標(biāo)、CPU利用率和故障監(jiān)控指標(biāo)、OS任務(wù)切換指標(biāo)和事件歷史指標(biāo)等。

　　4. 工具和協(xié)議集成：調(diào)試與診斷環(huán)境全面集成，加上部分OS廠商提供的一些特定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，有助于設(shè)計人員開發(fā)和維護(hù)有效的系統(tǒng)。

　　Zynq SoC集成有兩個ARM Cortex A9內(nèi)核。軟件架構(gòu)師需要在目前支持的兩種多處理器架構(gòu)之間做出選擇：SMP(對稱多處理)或AMP(非對稱多處理)。如圖2所示，在SMP系統(tǒng)架構(gòu)中，兩個或更多完全相同的處理器共享資源，運(yùn)行一個OS實例。理論上，這種架構(gòu)在同一OS實例下將平等對待所有處理器。與相反之，AMP架構(gòu)會區(qū)別對待每個處理器，不管是否有OS實例，處理器之間也彼此隔離。沒有運(yùn)行OS的內(nèi)核可能在運(yùn)行一段被視為“裸機(jī)”實例的微代碼。