Caracteristicile pot fi optimizate pentru o proiectare simplă, pentru sisteme cu costuri reduse şi pentru performanţe corespunzătoare
Cerinţele generale ale sistemelor mobile şi portabile sunt într-o mare măsură agnostice cu tipul de controler integrat folosit. Anumite caracteristici ale controlerului integrat pot fi totuşi optimizate pentru aceste tipuri de sisteme.
Caracteristicile sistemelor portabile
Aplicaţiile portabile au o principală cerinţă: consum mic de putere. Acest lucru presupune desigur că sunt “date” anumite caracteristici, cum ar fi programabilitate pentru flexibilitate, proiectare simplă a sistemului, cost mic al sistemului şi performanţe corespunzătoare.
Există câteva modalităţi pentru reducerea puterii consumate la sistemele portabile ce folosesc controlere integrate. Ele se pot încadra în două categorii:
• Reducerea puterii consumate de controlerul integrat;
• Integrarea înaltă a controlerului integrat pentru reducerea puterii consumate de întregul sistem.
Majoritatea furnizorilor de controlere integrate au redus la limită puterea consumată de circuite. Se mai poate reduce puterea consumată de sistem prin integrarea în controlerul integrat a funcţiilor ce sunt de obicei implementate de cipuri specializate.
Puterea consumată scade odată cu numărul de cipuri şi cu numărul de circuite de comutaţie de înaltă frecvenţă ce sunt folosite de sistem. Din acest lucru rezultă şi alte avantaje ale acestor sisteme, cum ar fi dimensiuni fizice mici, o mai bună siguranţă în funcţionare şi un cost mai mic.
Există câteva exemple recente de controlere integrate care înglobează funcţionalitatea unor dispozitive singulare sau a unor ASIC-uri. Interfeţele IDE (integrated device electronics) sunt acum disponibile pentru controlerele integrate standard.
Aceste interfeţe cresc performanţele conexiunii între un dispozitiv de stocare, cum ar fi o unitate de disc, şi un sistem de control bazat pe calculator. De exemplu, un sistem programabil mobil, cum ar fi un PDA, poate fi conectat la un PC folosind acest mediu.
Playerele MP3 sunt un alt exemplu pentru optimizarea partiţionării sistemului prin transferarea funcţiilor către controlerul integrat. Un fenomen relativ nou pentru producţia de masă este acela că, aceste sisteme sunt în prezent optimizate prin repartiţionarea funcţionalităţii cipurilor singulare către controlerul integrat.
Un alt exemplu de hardware on-chip de controler integrat este o interfaţă flash media, folosită de produsele portabile cum ar fi player-ele MP3. Fişierele MP3 ar putea fi transferate cu ajutorul acestei interfeţe către un sistem gazdă cum ar fi un PC.
Caracteristicile sistemelor mobile
Un controler integrat tipic pentru un sistem mobil are două caracteristici principale: un pipeline eficient pentru CPU (central-processing unit) şi o arhitectură superscalară. Familia de controlere integrate (vezi figura 1) prezintă aceste caracteristici.
ColdFire au apărut ca o versiune de tip reduced-instruction-set-computer (RISC) a familiei de procesoare de 68K, foarte populară în aplicaţiile pentru telefoane mobile şi diferite aplicaţii cu calcule intensive de control. Ideea de bază era implementarea numai a instrucţiunilor cele mai folosite şi a modului de adresare a celor 68K de ColdFire şi implementarea hardware a acestora pentru a rula mai repede. RISC reduce lungimea instrucţiunilor şi astfel cantitatea de memorie necesară. Acest lucru a fost determinat de mărimea din ce în ce mai mare a programelor.
Îmbunătăţirile ulterioare ale arhitecturii ColdFire au dus la reducerea mărimii şi executarea de către CPU a mai multor instrucţiuni în acelaşi timp. Aceste caracteristici au fost foarte mult influenţate de aplicaţiile mobile.
Pe măsură ce frecvenţa tactului procesorului creşte, de obicei este dificilă menţinerea încărcării CPU cu instrucţiuni de executat deoarece memoria este de obicei mai lentă. Măsurătorile făcute pentru îmbunătăţirea pipeline au fost menite să îmbunătăţească acest aspect al performanţelor.
Codul executat în aplicaţiile mobile este ideal pentru îmbunătăţirea arhitecturii pipeline deoarece nu sunt prezente deseori ramuri ale acestuia (aşa cum apar în programe control-intensive), astfel că pipeline nu este golită foarte des. Dacă există multe ramuri în cod, este avantajoasă folosirea unui pipeline mai scurt deoarece poate fi repede umplut pentru începerea executării programului. Dacă sunt relativ puţine ramuri în cod, un pipeline mai mare este mai eficient pentru maximizarea performanţelor.
Mai mult, multe procesoare folosesc o arhitectură superscalară. Superscalar înseamnă că sunt executate mai multe instrucţiuni în acelaşi timp. Această posibilitate este foarte utilă în aplicaţiile mobile ce necesită executări de algoritmi de procesare a semnalului.
De fapt, codul ce este executat în aplicaţiile mobile este ideal pentru o arhitectură superscalară la fel cum un decodor MP3 este ideal pentru un algoritm superscalar. De exemplu, un decodor tipic ar necesita aproximativ 37 Kbytes de memorie on-chip şi o lărgime de bandă de la 15 la 19 MHz folosind un controler integrat ColdFire. Acest nivel de performanţă este atribuit direct posibilităţii de procesare a semnalului. Astfel că, în timp ce anumite arhitecturi de CPU au evoluat pentru a permite performanţe optime pentru cod de tip control-intensiv, arhitectura ColdFire a evoluat perfect pentru executarea codului folosit în aplicaţiile mobile.
Router-e VPN
Sistemele de routere VPN (virtual private network) reprezintă un domeniu în continuă creştere ce includ atât aspectele portabile cât şi cele mobile (vezi figura 2). Un router VPN se conectează la un sistem de cel puţin două calculatoare dintr-o reţea privată ce comunică prin Internet. Controlerul integrat ce formează nucleul sistemului include hardware integrat ce facilitează comunicaţiile seriale cu busuri USB, interfeţe independente de media şi circuite generale de interfeţe cu legături digitale interface/interchip.
Primele versiuni ale acestor sisteme includeau acelaşi tip de funcţionalitate, principala diferenţă fiind aceea că hardware-ul dedicat este acum integrat în controlerul integrat şi nu mai este realizat cu circuite discrete. Integrarea acestor funcţii în controlerul integrat are anumite avantaje.
În primul rând, este nevoie de mai puţin software pentru controlul interacţiunilor prin comunicaţii seriale, ceea ce micşorează lărgimea de bandă necesară pentru rularea software-ului router-ului. În al doilea rând, reducerea numărului de componente duce la economii de spaţiu, reduce consumul de putere, reduce costurile şi creşte siguranţa în funcţionare (numărul de interconectări din sistem are un efect foarte mare asupra siguranţei în funcţionare).
ROSS BANNATYNE Motorola Semiconductor Austin, TX
www.motorola.com