基于事件驱动的新型处理器的研究与应用

这3个方案比较类似，基本上都是单核心处理芯片加外围接口芯片的SOC解决方案。不同的是，第1个方案的处理核心是集成了以太网MAC和UART的通用处理器。第2个方案的处理核心是FPGA器件。第3个方案的处理核心是XCore处理器。

第1个方案的优点是设计起来容易、功能灵活；在通用嵌入式CPU上运行操作系统，使用标准的TCP／IP协议和UART协议，能够实现各种复杂的控制功能。缺点也很明显：CPU内部集成的串口有限，一般只能实现不超过4个串口的串口服务器；实时性差、由于软件处理能力有限，当串口数据流量较大时，CPU会来不及处理，只能将数据放入缓存，待CPU空闲时处理。这样导致数据转发的延迟增大。

第2个方案的优点是扩展能力强、实时性高；由于FPGA具有硬件可编程的特点，理论上器件内部可以实现任意个数目的串口(实际受所选FPGA器件容量大小的影响)。FPGA采用硬件流水线处理串口数据转以太网数据，因此，数据处理的速度很快，基本上不产生延迟，实时性好。这种方案的缺点是：设计难度比较大，需要获得授权使用以太网MAC和UART的IP模块，并且需要设计控制模块来协调各个接口，然后进行系统级的仿真和测试，整个设计开发周期长、设计难度大；灵活性差，功能不强。由于采用硬件实现的机制，FPGA只能实现简单的底层网络报文，无法实现TCP／IP等高层次的网络协议转发。同样，一些诸如流量控制、报文路由、IP管理之类的功能也无法实现。这样、导致这个方案的可用性以及可维护性差。

第3个方案综合了2个方案的优点并弥补了它们的不足。首先，XCore处理器的IO管脚像FPGA一样是可以编程设计的。设计者可以分配足够多的管脚给UART。使用标准XCore处理器函数库，每个UART模块需要1个硬件线程来实现，每个以太网MAC模块需要4个硬件线程来实现。这样，使用4个核的Xcore处理器，可以实现具有16个串口的串口服务器。除实现UART和以太网MAC需要的20个硬件线程外，处理器内还剩下12个硬件线程的资源，这些硬件线程可以用来运行TCP／IP协议，还可以用来实现流量控制、报文路由、IP管理等诸多功能。由于XCore处理器具有实时多线程的特点，能够保证处理IO数据的硬件线程实时运行，从而保证了数据转发的实时性。同时，XCore处理器设计属于软件编程的范畴，使用C语言就可以方便地实现各种控制管理功能，这使得开发周期缩短，开发难度降低。

4 结语

从上面的研究分析、实例介绍可以看出：相对于传统的控制器件，XCore处理器具有优异的性能和充分的灵活性，很适合用在一些对处理器功能要求多、实时性要求高的场合。同时，XCore处理器采用C语言编程的特点可以使开发难度以及开发周期大大降低，再考虑到XCore处理器丰富的硬件资源，采用XCore处理器的硬件设计软件化方案是一种能够广泛应用的低成本、高效率解决方案。