Chương 4 THIẾT KẾ VÀ CÀI ĐẶT CÁC HỆ THỐNG NHÚNG
4.2.1 Chọn CPU cho thiết kế
Sau khi phõn tớch yờu cầu của HTN đặt ra, trờn cơ sở cỏc tỏc vụ mà HTN sẽ thực hiện, sẽ dẫn đến việc xỏc định tớnh năng của bộ xử lý trung tõm (CPU). Như đó giới thiệu cú nhiều loại HTN và mỗi loại được xõy dựng trờn một kiến trỳc với CPU khỏc nhau, và trờn thị trường hiện tại sẽ cho nhiều lựa chọn phự hợp.
Như đó phõn loại cỏc dũng CPU dựng cho HTN, một số cõu hởi cần đặt ra khi thiết kế như sau: 1) Chế tạo CPU riờng biệt kiểu tựy biến (customize) với cỏc cụng nghệ như ASIC ? Vấn đề
sẽ là chi phớ cho lựa chọn này ? Rừ ràng hướng phỏt triển này mang lại nhiều ưu điểm như: học thuật chế tạo chip, chủ động sỏng tạo v.v… Tuy nhiờn cần cú đủ kiến thức về chế tạo mạch, đặc biệt là mạch cú mật độ tớch hợp lớn và rất lớn, kiến thức và kinh nghiệm thiết kế logic theo khối chức năng, và ý tưởng kiến trỳc và chức năng của một CPU phải rất rừ ràng. Hơn nữa trang thiết bị sẽ rất đắt. Núi chung lựa chọn này đũi hỏi một đội ngũ rất mạnh, chuyờn nghiệp và khối lượng kiến thức chuyờn ngành rất sõu.
2) Tỡm hiểu thị trường CPU cho ứng dụng nhỳng: bo mạch controller với microprocessor truyền thống, bo MCU (micro-controller) với cụng nghệ mới PIC (Programmable Interface Controller của Microchip Technology), PSoC (Programmable System-on-Chip của
Cypress Semiconductor.), kết hợp với PFGA (Field Programmable Gate Aray của Xilink) hay cỏc sản phẩm khỏc.
3) Một số ý tưởng lựa chọn CPU cho HTN:
Lựa chọn CPU cú thể trờn cơ sở xỏc định đặc thự sản phẩm hay nhu cầu mà thị trường chờ đợi. Tuy nhiờn tốt hơn cả là người thiết kế HTN phải cõn nhắc để cú CPU thỏa món ứng
244
dụng nhỳng mỡnh đang xõy dựng. Dưới đõy là một số tiờu chớ hỗ trợ khi thực hiện chọn CPU cho thiết kế:
Đ HTN sẽ kết nối với cỏc loại ngoại vi (sensors) nào ? Đặc tớnh kĩ thuật của cỏc ngoại vi ? Danh sỏch này sẽ cho biết số cổng vào/ra (I/O) cần cú mà CPU hỗ trợ.
Đ Cú bao nhiờu chương trỡnh, cần bao nhiờu khụng gian dữ liệu (bao gồm cả cỏc ngăn xếp, khụng gian bộ nhớ cấp phỏt động cho chương trỡnh (heap)) cần cho hệ thống ?
Đ Cú bao nhiờu ngắt hệ thống cần ? Và chắc chắn là như võy ?
Đ Số lượng cỏc cổng vào/ra mà thiết kế sẽ sử dụng ?
Đ Loại xử lý nào ràng buộc nhất về thời gian tới hạn (critcal-time) mà CPU phải thực hiện ?
Đ Loại cụng cụ phỏt triển nào (cho cả phần cứng và phần mềm) cú sẵn cho CPU chọn ? (mó nguồn mở, phần mềm trung gian ngụn ngữ bậc cao khụng phụ thuộc CPU như Java … ngụn ngữ lập trỡnh, cụng cụ biờn dịch hướng đớch …) .
Đ Trong trường hợp CPU trờn bo mạch (CPU on board), cựng cỏc thành phần hợp nhất, nguồn nuụi, cụng cụ thử, thỡ giỏ thành thực sự là bao nhiờu ?
Đ Cú cỏc loại thiết bị sẳn cú nào ghộp được vào hệ thống ở hiện tại và hỗ trợ thiết bị mới ?
Đ Phần mềm sẽ làm việc với phần cứng như thế nào và ngược lại ? (Phỏt tiển ứng dụng sẽ tương thớch …?).
Đ Loại cụng cụ phỏt triển nào sẳn cú, vớ dụ hợp ngữ, biờn dịch C, C+, mụ phỏng .. ?
Đ Khụng gian địa chỉ mà CPU hỗ trợ là bao nhiờu ? KB, MB, vài MB đến GB ? (Lưu ý là HTN sử dụng hai loại bộ nhớ chớnh: bộ nhớ chương trỡnh ứng dụng, hệ điều hành là flash, ROM, UVPROM, EEPROM. Loại thứ hai cho dữ liệu là RAM (Ram tĩnh, hay RAM động).
Đ CPU Clock, giỏ/hiệu năng của CPU ? Cú một cõu hỏi đơn giản, nhưng khụng dễ trả lời là khỏi niệm hiệu năng. Ở đõy sẽ thiờn về lựa chọn liờn quan tới cỏc phộp tớnh số nguyờn hay số dấu phẩy động, cũng như cỏc lệnh chuyển dữ liệu giữa cỏc thành phần trong hệ thống. Một đỏnh giỏ khỏc là đỏp ứng thời gian và hiệu quả xử lớ ngắt (nhận và xử lớ dữ liệu). Việc đỏnh giỏ hiệu năng cú thể đạt được cho tới khi cú được một phiờn bản thiết kế, chạy cỏc phần mềm được phỏt triển bằng cỏc ngụn ngữ bậc cao. Thường khi dựng ngụn ngữ bậc cao, ta hay bị mất hiệu năng đặt ra khi thiết kế, so với khi chạy bằng hợp ngữ. Một số tài liệu cú nờu rằng sẽ mất đi chừng 20%-30% hiệu năng khi so sỏnh giữa hai ngụn ngữ núi trờn khi tớnh qui ra MIPS (triệu lệnh CPU/s).
245
Hỡnh 4.12 Mối tương quan giữa giỏ thành hệ thống/hiệu năng và mức độ tớch hợp thống/hiệu năng
Đú là một số tiờu chớ khi chọn CPU cho thiết kế một hệ thống nhỳng. Nhưng CPU khụng phải là tất cả, cũn cú cỏc thiết bị, ghộp nối cũng cần xem xột về tớnh tương thớch, cú sẳn trờn thị trường để cú giải phỏp tớch hợp hệ thống sao cho hợp lớ.