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微控制器（MCU）需求的不斷演變

歷史上，微控制器（MCU）主要服務(wù)于相對有限的目標(biāo)，如汽車發(fā)動機(jī)和家用電器的控制單元。其架構(gòu)相對簡單：包括一個(gè)8位處理器、內(nèi)存、外設(shè)、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器。一個(gè)發(fā)起者，幾個(gè)目標(biāo)，通過交叉開關(guān)互連即可輕松滿足需求。設(shè)計(jì)支持團(tuán)隊(duì)經(jīng)常為這種互連構(gòu)建自己的生成器。少數(shù)團(tuán)隊(duì)甚至構(gòu)建了自己的片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）生成器，以處理更復(fù)雜的系統(tǒng)互連。

如今，即便是傳統(tǒng)的內(nèi)部生成器也面臨著壓力，部分原因是競爭和監(jiān)管要求，部分原因是為了滿足可擴(kuò)展性的期望。人工智能（AI）無處不在，在微控制器中同樣如此，以支持智能感知。智能家居、汽車、城市、工廠等自動化需求，都需要具備通信支持的智能微控制器。許多微控制器還必須優(yōu)先考慮安全性和保障性，同時(shí)每單位的成本和功耗需求都非常有限。計(jì)劃部署數(shù)千臺設(shè)備的城市和工廠希望單價(jià)最多幾美元，甚至希望維護(hù)成本更低。

微控制器正在不斷發(fā)展以滿足這些需求；現(xiàn)在，有時(shí)已很難區(qū)分微控制器和系統(tǒng)級芯片（SoC）的界限。根據(jù)Arteris的產(chǎn)品管理和市場營銷副總裁Andy Nightingale的說法，微控制器在SoC之外延伸出了一條長尾，從復(fù)雜設(shè)備一直到簡單設(shè)備。在成本比增加功能更重要的場合（例如簡單玩具或基本家用恒溫器），簡單微控制器仍有其用武之地，但無論這個(gè)臨界點(diǎn)在哪里，只要超過了這個(gè)點(diǎn)，就必須在芯片上支持更多功能，而這通常需要NoC連接。

推動主流NoC發(fā)展的因素

是什么在推動這個(gè)微控制器范圍中較簡單一端的變革？部分原因是功耗降低。即使在沒有流量的情況下，網(wǎng)絡(luò)也會消耗功耗，這是一個(gè)在專注于最小化端點(diǎn)IP功耗時(shí)容易忽視的事實(shí)。僅這一功耗組件就可能成為一項(xiàng)重要的開銷，除非您使用的是像Arteris FlexNoC這樣的網(wǎng)絡(luò)，它支持電源域切換和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）。

安全標(biāo)準(zhǔn)已成為另一個(gè)推動因素。如果微控制器將用于任何安全關(guān)鍵型應(yīng)用（汽車、飛機(jī)、工業(yè)機(jī)器人等），您必須證明其符合適用的標(biāo)準(zhǔn)，這同樣適用于網(wǎng)絡(luò)和端點(diǎn)IP。Arteris已經(jīng)為汽車應(yīng)用的ASIL B和ASIL D標(biāo)準(zhǔn)完成了基礎(chǔ)工作。

在更高的復(fù)雜性下，許多使NoC在SoC設(shè)計(jì)中必不可少的要求，在微控制器設(shè)計(jì)中也同樣相關(guān)。在使用傳統(tǒng)和第三方IP的設(shè)計(jì)中，對多種協(xié)議（AXI、ACE-lite、ACE、CHI、APB等）的支持是不可避免的，而只有通過NoC提供的分組化，才能實(shí)現(xiàn)具有多個(gè)發(fā)起者和目標(biāo)系統(tǒng)的可接受性能。

AI加速器、多核處理器以及性能要求正在推動新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：網(wǎng)格、樹形、Clos，甚至在某些情況下還有交叉開關(guān)，這要求NoC生成器具有在這一范圍內(nèi)提供支持的良好記錄。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)也在不斷發(fā)展。在調(diào)試和參數(shù)建模中，對ATB 128位跟蹤和現(xiàn)在的DVM 8.1的支持已成為必不可少。AMBA 5現(xiàn)在支持“暫存”以提高內(nèi)存利用率、延遲和帶寬，這也需要NoC生成器的支持。只有網(wǎng)絡(luò)不斷跟蹤這些新需求，才能保證實(shí)現(xiàn)高端目標(biāo)。

在實(shí)施方面，現(xiàn)在已經(jīng)很清楚，復(fù)雜的NoC設(shè)計(jì)必須從一開始就同時(shí)考慮物理和架構(gòu)方面。可以根據(jù)粗略的布圖概念在早期優(yōu)化總線寬度和序列化選項(xiàng)，并根據(jù)實(shí)際的布圖在后期進(jìn)行微調(diào)，以最佳地優(yōu)化面積/性能權(quán)衡。正如多年前在塊設(shè)計(jì)的物理綜合中出現(xiàn)了邏輯/物理協(xié)同設(shè)計(jì)一樣，現(xiàn)在在全系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，這一需求也變得不可避免。

可擴(kuò)展性的戰(zhàn)略規(guī)劃

正如一些設(shè)計(jì)復(fù)用專家所說，沒有哪個(gè)設(shè)計(jì)是孤立的。我們今天所構(gòu)建的內(nèi)容也必須考慮到未來更大規(guī)模或重新設(shè)計(jì)的計(jì)劃。或者，設(shè)計(jì)復(fù)用可能朝著相反的方向發(fā)展。汽車原始設(shè)備制造商（OEM）可能首先為汽車系列的高端車型設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，并打算在未來在低端車型中部署相同的系統(tǒng)或降級版本。為了支持這些目標(biāo)，有必要規(guī)劃一個(gè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)施，該基礎(chǔ)設(shè)施能夠無縫跨越從低端微控制器到高端微控制器再到系統(tǒng)級芯片的范圍，而無需進(jìn)行根本性的網(wǎng)絡(luò)重新設(shè)計(jì)。

基于NoC的網(wǎng)絡(luò)具有內(nèi)在靈活性，加上物理感知設(shè)計(jì)，Arteris網(wǎng)絡(luò)可以輕松跨越這一范圍（因?yàn)樗鼈円呀?jīng)在高端SoC設(shè)計(jì)流程中得到了廣泛應(yīng)用）。分層NoC已經(jīng)像分層交叉開關(guān)一樣常見，因此重用方法也已經(jīng)得到了充分驗(yàn)證。似乎相當(dāng)明顯，NoC架構(gòu)是可擴(kuò)展性的發(fā)展方向。

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