針對藍牙應用來說,雙核處理器可能看起來有點浪費,但當你理解為什么Nordic能為nRF340花費數百萬美元的研發時,你會發現這恰好是正確的選擇。
Nordic公司在2012年推出了nRF51822,開創了基于藍牙Arm處理器的SoC。一些人嘲笑這種想法,認為無線芯片集成Arm處理器、閃存等是一種雞肋的做法。他們認為,開發者需要的是一個“連接芯片”,與外部處理器和內存配對。但是那些懷疑論者沒有意識到,如果你給開發者更多的能力,他們會很快進行創新,然后要求更多的處理能力、內存和外圍設備。
如今,單芯片解決方案的尺寸、功耗、成本和便利性優勢已經贏得了大多數公司的青睞,而Nordic的硬件架構也被其他公司模仿。nRF52系列通過更強大的Arm處理器和更高的Flash和RAM容量進一步加強了這一優勢,以滿足持續的客戶需求。隨著數億nRF51和nRF52系列SoC在全球使用,可以說,最初的目標已經得到了驗證。
nRF5340是Nordic最新的短程無線產品系列中的首款藍牙LE SoC,通過引入一款雙核處理器,Nordic再次改變了游戲規則。
開發者的靈活性
開發人員非常擅長為無線連接開發新的應用程序(特別是Nordic獨特的軟件體系結構和開發工具使創新變得更加容易)。每一個都比上一個復雜。這種對增強性能以支持更復雜的無線應用的需求導致了處理能力和內存的增加。
但這樣的需求確實給芯片制造商帶來了一個挑戰:一個功能更強大、時鐘更快、內存容量更大的處理器需要更大的功率,然而開發人員期望短距離無線芯片在每次產品迭代中使用電池的時間會更長。單處理器設備總是在CPU的計算能力和效率之間進行權衡。例如,即使處理器僅僅是為了執行一個簡單的藍牙LE連接而被喚醒,也需要運行一系列復雜的應用。
徹底消除權衡
雙核SoC消除了處理器的權衡(Trade-Off)。一個高效的網絡處理器負責相對簡單的藍牙LE協議操作,而另外一個強大的處理器可以專用于只需要在運行復雜軟件算法時喚醒的應用程序。為了使電池更加友好,每個處理器都有自己的一套電源管理系統。
nRF5340集成了兩個Arm Cortex-M33處理器。應用處理器針對性能進行了優化,可以在128或64 MHz下運行。時鐘頻率的選擇取決于開發者對處理器性能(128MHz時為510 CoreMark)或效率(64MHz時為76 CoreMark/mA)的要求。網絡處理器則針對效率進行了優化(64MHz時為101 CoreMark/mA)。
兩個處理器的組合工作得怎么樣?例如,如果將nRF5340與nRF52840相比較,前者的計算性能和功耗都要高得多。
處理協議和應用程序的實時性需求
藍牙LE協議具有很強的實時性要求,而客戶應用程序往往也有自己的實時性要求。這些單獨的需求常常不能很好地結合起來。這些挑戰可以在單核SoC中解決,但代價是更高的軟件復雜度和相關的bug風險,這些都很難解決。例如,在醫療市場,特定的認證應用程序不能與協議軟件結合,以強調軟件行為的確定性。
nRF5340的核心布局更像是一個SoC中的兩個芯片解決方案,而不是一個可以并行運行軟件的系統。每個內核都有自己獨立的固件和一組在該內核上最佳運行任務。這種安排可以很容易地克服應用程序和協議代碼實時性需求之間的沖突問題。
一個尺碼并不適合所有人
雙核體系結構引入了一些復雜性,因為雙核SoC比單核Arm處理器具有更多的交互性。但是nRF5340體系結構被巧妙地劃分為明確定義的子系統,以最大限度地提高其靈活性。例如,Nordic設計了最高效、最穩定的子系統來操作RF協議。這個子系統是完美優化的,客戶不需要在那里開發,讓他們只關注應用處理器子系統,以使他們的產品與競爭對手區分開來。
當然這并不意味著高水平的開發者無法訪問網絡處理器:Nordic為客戶提供了對兩個核心的完全訪問權限,并且可以自由地使用每一個核心,而市場上的同類產品并不總是這樣。網絡處理器的可編程性使開發人員能夠選擇在其上運行的應用軟件元素,其與應用處理器相比具有更高的效率。
例如,一些客戶可能只對簡單的藍牙LE連接感興趣,并且能夠將整個藍牙LE協議安裝到網絡域中,而其他客戶可能會針對多協議解決方案,其中上層只適合應用程序域。(需要端到端加密的物聯網最好采用CryptoCell-312方案,它只駐留在應用程序域中。)
唯一可以肯定的是,一個解決方案并不適用于所有人。這就是為什么Nordic提供軟件示例,演示如何將應用程序和網絡處理器結合起來。
多核遠比雙核更好
nRF5340有兩個核心,主要是為了消除處理能力和單核功耗之間的權衡。應用處理器只在需要時提供計算上的重擔,而功率優化的網絡處理器則負責處理無線協議。第二個優點是每個核心都可以運行自己的軟件,防止應用程序代碼和協議軟件之間發生沖突。但是,雖然兩個核心是好的,兩個以上的更好,這就是為什么nRF5340的架構被設計成支持多核系統,而不僅僅是雙核系統。多核nRF53系列SoC將來可能成為Nordic產品組合的一部分。
早在2012年,北歐nRF51系列SoC就掀起了一股創新無線產品的浪潮。隨著雙核nRF5340的發布,全新一代更多核產品即將出現。
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