超级系统的开发加速了多处理器的设计

按照今天的标准，早期的基于微处理器的系统很简单，尤其是因为它们通常只使用一个处理器（可能只有一些协处理器，如浮点协处理器），而且指令集相对较简单，运行速度很低时钟频率。该处理器通过一个简单的读/写和信令协议，通过一个8位或16位数据总线与少量相对简单的存储器和外围设备进行通信。

那些日子早已过去。目前，在紧密耦合或网络拓扑中涉及数十或数百个复杂处理器和硬件加速器的系统的开发有了巨大的增长。除了分层存储器结构和多层总线结构，这些超级系统＆＃151;这可能每秒执行数亿到数百亿的指令＆＃151;功能极其复杂的软件组件，目前这种软件内容几乎呈指数级增长。

激烈的竞争使今天的电子市场对上市时间压力极为敏感。在手机等消费市场尤其如此，新产品产生影响的机会有时可能只有两到四个月。然而，最近的一份报告显示，超过50％的嵌入式系统开发运行较晚，而20％的嵌入式系统开发未能满足其要求规范或被完全取消。 1

问题在于，在传统的系统开发环境中，硬件设计先于软件开发。这个顺序过程根本无法支持当今超级系统的开发。本文首先介绍超系统的示例，并概述了增加系统大小和复杂性所带来的问题。

然后讨论基于使用虚拟系统原型（VSP）的体系结构驱动设计的概念作为潜在的解决方案。最后，在与传统环境相关的后端工程资源负载与由体系结构驱动的基于VSP的方法产生的前端负载之间进行生产力，开发时间和风险比较。

今天的超级系统

在某些方面，术语“超系统”可能会产生误导，因为它可能会让一些读者想象一个物理上很大的实现。实际上，超级系统通常在单个片上系统（SoC）器件上实现。

例如，现代手机可能包含一个SoC，包括几​​个通用中央处理单元（CPU），以及一个或两个数字信号处理（DSP）单元，控制40个或更多外围设备提供控制功能，多媒体功能，2D和3D图形功能，加密功能，相机接口以及各种其他接口，如WiFi和USB。

具有相关加速器设备的DSP提供各种基带处理，滤波，调制和解码功能。拥有多个内核可以实时处理更广泛的处理流量，这是当今许多应用程序的关键要求。

远离无线网络的手持部分，控制无线通信系统的基站本身是紧密耦合的多处理器系统的层次结构。例如，一个能够每秒执行数十亿条指令的典型基站可以包含5到20个主要子系统和100多个单独的处理器。

除了多处理器实现之外，今天的超级系统采用分层存储器结构。一些存储器元件将通过专用总线紧密耦合到各个处理引擎，其他存储器子系统可以是处理引擎集群的本地，并且其他存储器单元可以在多组处理引擎之间共享。每个存储器子系统可能具有不同的速度要求，不同的总线宽度，并使用不同的时钟域。

在今天的超级系统中，不同的处理引擎可以有单独的总线用于控制，指令和数据，每个这些复杂的总线可以具有各种结构和协议。除通用处理器总线外，还可能有各种专用外设总线，紧耦合存储器总线，外部存储器总线和共享存储器总线。

其中许多公交车都将采用流水线结构，并在管道中安排多个交易请求和响应。总线系统还可以采用复杂的交叉开关，可以同时尝试多个读写操作。

即使是普通的现代汽车也包含20到80个处理器，执行大量任务并执行数亿个任务每秒几十亿条指令（图1）。

图1＆＃151;汽车的电子产品含量正以不断增长的速度增长 2 。