隨著物聯(lián)網、云計算、人工智能等新興產業(yè)的崛起，嵌入式技術的應用越來越廣泛，迎來發(fā)展的大好時機。據統(tǒng)計，中國的嵌入式市場規(guī)模已超過500多億元，預計未來三年中國嵌入式軟件產業(yè)的增長率將高達40%左右。在企業(yè)級SSD、家庭網絡、無線控制和智能家電等領域中，相關產品對性能、面積、功耗和成本都提出更高要求，嵌入式技術也要隨之改進。為了進一步提高嵌入式系統(tǒng)的性能，Synopsys推出適合高性能嵌入式應用使用的新DesignWare ARC HS4x和HS4xD處理器系列。

據Synopsys ARC處理器高級產品營銷經理Michael Thompson介紹，“這兩個系列包含5個處理器產品：ARC HS44、HS46、HS48、HS45D和HS47D處理器，具有單核、雙核和四核配置，實施了雙發(fā)射超標量架構，最高速度為每個內核6000 DMIPS，提供2倍的性能和獨特的高性能控制和高效數(shù)字信號處理組合。其中，HS4X產品只執(zhí)行RISC架構，HS4XD產品執(zhí)行RISC+DSP架構，增加了150多個優(yōu)化的DSP指令，向下兼容廣泛應用的ARC EMxD內核。”

解決嵌入式系統(tǒng)面臨的諸多挑戰(zhàn)

嵌入式系統(tǒng)越來越復雜，同時要求產品小面積、低能耗、低成本，這使開發(fā)者面臨巨大的挑戰(zhàn)。如何做到不增加時鐘頻率和內存器訪問時間?Michael Thompson指出，“Synopsys從三方面采取措施：第一，增加每個時鐘周期指令執(zhí)行數(shù)量，比如將每個時鐘周期執(zhí)行指令條數(shù)從一個增加到兩個，在并行雙事件管道中執(zhí)行多條指令;增加內存訪問時間;支持多核執(zhí)行等。第二，為固定或下降的嵌入式應用管理功耗預算，不只依靠芯片性能更關注性能效率，增加功耗管理，減少浪費。第三，更有效地移動數(shù)據，32位的處理器支持數(shù)據移動64位進行，對處理器配置性能翻倍的DMA。第四，在一個處理器中實現(xiàn)RISC和DSP的高性能組合，軟件工具和庫無縫支持C/C++編程和調試。”

“雙重架構的優(yōu)勢在于，增加功能單元的利用率，增加額外的硬件數(shù)量;每個時鐘周期可以執(zhí)行提升到執(zhí)行兩個指令，增加了RISC和DSP兩種性能，面積和功耗增加15%;支持指令的并行執(zhí)行;編譯器執(zhí)行雙重架構。” Michael Thompson補充。

HS4X系列/HS4xD系列：適用于高端嵌入式應用

ARC HS4X系列處理器采用了ARCv2指令集架構(ISA)，可實現(xiàn)低功耗、小體積硅封裝的高性能嵌入式設計。ARC HS4x系列具有高速10級雙發(fā)射流水線，支持亂序執(zhí)行，從而盡可能減少了處理器的空閑周期，盡可能增加了指令吞吐量。在典型的16-nm FinFET制程中，處理器可在2.5 GHz下，提供高達每個內核6000 DMIPS的性能，同時僅需要0.06 mm2面積且功率低至37 microwatts/MHz。HS4X系列的目標應用是固態(tài)硬盤(SSD)、無線基帶、無線控制和家用網絡。

HS4xD系列具有和HS4x一樣的高端控制功能，還有對基帶、音頻、聲音、語音和其他信號處理應用有用的額外DSP功能。為了加速數(shù)學函數(shù)的執(zhí)行，HS45D和HS47D為設計人員提供了實施硬件整數(shù)分頻器這一選項以及適用于64位乘積、乘積累加(MAC)、向量加減和可配置IEEE 754兼容浮點單元(單精度、雙精度或兩種精度)的指令。HS4xD處理器中高性能RISC和DSP功能的混合提供了高效的多信道音頻處理功能，適合手機應用、家庭應用和車載信息娛樂系統(tǒng)應用。HS4xD可同步管理通信棧、文件系統(tǒng)支持等控制任務，同時還能提供信號處理帶寬，支持音頻解碼、后期處理和基于語音的人機接口(HMI)處理。

Michael Thompson指出，“從性能上對比，HS4X系列/HS4xD系列處理器相對于Cortex-A9處理器性能提升45%，功耗減半;相對于MIPS InterAptiv或者Cortex-A7處理器性能翻倍，功耗降低20%;相對于Cadence Tensilica處理器性能提升2.5倍。”

MetaWare 開發(fā)工具包簡化了HS4x/HS4xD處理器編程

ARC HS4x和HS4xD處理器系列擁有一個穩(wěn)固的軟硬件開發(fā)工具生態(tài)系統(tǒng)支持，其中包括MetaWare編譯器/調試器、nSIM指令集模擬器、MQX實時操作系統(tǒng)(RTOS)和行業(yè)領軍供應商提供的第三方工具、操作系統(tǒng)(包括Linux)和中間件。MetaWare開發(fā)工具包包括優(yōu)化的DSP函數(shù)庫，如FFT和DCT、FIR和IIR濾波器，以及向量和矩陣數(shù)據函數(shù)，允許軟件設計人員從標準DSP構建塊快速實施算法。該工具還包含開發(fā)語音代碼使用的基于ITU-T的運行庫。對于常規(guī)C代碼，編譯器能自動生成ARCv2DSP ISA指令，以提供最佳性能，包括引導的和自動的向量化優(yōu)化。

在嵌入式應用中創(chuàng)新不斷，嵌入式產品復雜度越來越高的發(fā)展背景下，新的ARC HS4x和HS4xD處理器是ARC資產組合中性能最高的處理器，支持設計人員滿足嵌入式設計所需的日益增長的控制和信號處理需求，在嵌入式領域會發(fā)揮越來越重要的作用。