為什么Nordic要推出雙核無(wú)線SoC

針對(duì)藍(lán)牙應(yīng)用來(lái)說(shuō)，雙核處理器可能看起來(lái)有點(diǎn)浪費(fèi)，但當(dāng)你理解為什么Nordic能為nRF340花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美元的研發(fā)時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這恰好是正確的選擇。

Nordic公司在2012年推出了nRF51822，開(kāi)創(chuàng)了基于藍(lán)牙Arm處理器的SoC。一些人嘲笑這種想法，認(rèn)為無(wú)線芯片集成Arm處理器、閃存等是一種雞肋的做法。他們認(rèn)為，開(kāi)發(fā)者需要的是一個(gè)“連接芯片”，與外部處理器和內(nèi)存配對(duì)。但是那些懷疑論者沒(méi)有意識(shí)到，如果你給開(kāi)發(fā)者更多的能力，他們會(huì)很快進(jìn)行創(chuàng)新，然后要求更多的處理能力、內(nèi)存和外圍設(shè)備。

如今，單芯片解決方案的尺寸、功耗、成本和便利性優(yōu)勢(shì)已經(jīng)贏得了大多數(shù)公司的青睞，而Nordic的硬件架構(gòu)也被其他公司模仿。nRF52系列通過(guò)更強(qiáng)大的Arm處理器和更高的Flash和RAM容量進(jìn)一步加強(qiáng)了這一優(yōu)勢(shì)，以滿足持續(xù)的客戶需求。隨著數(shù)億nRF51和nRF52系列SoC在全球使用，可以說(shuō)，最初的目標(biāo)已經(jīng)得到了驗(yàn)證。

nRF5340是Nordic最新的短程無(wú)線產(chǎn)品系列中的首款藍(lán)牙LE SoC，通過(guò)引入一款雙核處理器，Nordic再次改變了游戲規(guī)則。

開(kāi)發(fā)者的靈活性

開(kāi)發(fā)人員非常擅長(zhǎng)為無(wú)線連接開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用程序（特別是Nordic獨(dú)特的軟件體系結(jié)構(gòu)和開(kāi)發(fā)工具使創(chuàng)新變得更加容易）。每一個(gè)都比上一個(gè)復(fù)雜。這種對(duì)增強(qiáng)性能以支持更復(fù)雜的無(wú)線應(yīng)用的需求導(dǎo)致了處理能力和內(nèi)存的增加。

但這樣的需求確實(shí)給芯片制造商帶來(lái)了一個(gè)挑戰(zhàn)：一個(gè)功能更強(qiáng)大、時(shí)鐘更快、內(nèi)存容量更大的處理器需要更大的功率，然而開(kāi)發(fā)人員期望短距離無(wú)線芯片在每次產(chǎn)品迭代中使用電池的時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。單處理器設(shè)備總是在CPU的計(jì)算能力和效率之間進(jìn)行權(quán)衡。例如，即使處理器僅僅是為了執(zhí)行一個(gè)簡(jiǎn)單的藍(lán)牙LE連接而被喚醒，也需要運(yùn)行一系列復(fù)雜的應(yīng)用。

徹底消除權(quán)衡

雙核SoC消除了處理器的權(quán)衡(Trade-Off)。一個(gè)高效的網(wǎng)絡(luò)處理器負(fù)責(zé)相對(duì)簡(jiǎn)單的藍(lán)牙LE協(xié)議操作，而另外一個(gè)強(qiáng)大的處理器可以專用于只需要在運(yùn)行復(fù)雜軟件算法時(shí)喚醒的應(yīng)用程序。為了使電池更加友好，每個(gè)處理器都有自己的一套電源管理系統(tǒng)。

nRF5340集成了兩個(gè)Arm Cortex-M33處理器。應(yīng)用處理器針對(duì)性能進(jìn)行了優(yōu)化，可以在128或64 MHz下運(yùn)行。時(shí)鐘頻率的選擇取決于開(kāi)發(fā)者對(duì)處理器性能（128MHz時(shí)為510 CoreMark）或效率（64MHz時(shí)為76 CoreMark/mA）的要求。網(wǎng)絡(luò)處理器則針對(duì)效率進(jìn)行了優(yōu)化（64MHz時(shí)為101 CoreMark/mA）。

兩個(gè)處理器的組合工作得怎么樣？例如，如果將nRF5340與nRF52840相比較，前者的計(jì)算性能和功耗都要高得多。

處理協(xié)議和應(yīng)用程序的實(shí)時(shí)性需求

藍(lán)牙LE協(xié)議具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性要求，而客戶應(yīng)用程序往往也有自己的實(shí)時(shí)性要求。這些單獨(dú)的需求常常不能很好地結(jié)合起來(lái)。這些挑戰(zhàn)可以在單核SoC中解決，但代價(jià)是更高的軟件復(fù)雜度和相關(guān)的bug風(fēng)險(xiǎn)，這些都很難解決。例如，在醫(yī)療市場(chǎng)，特定的認(rèn)證應(yīng)用程序不能與協(xié)議軟件結(jié)合，以強(qiáng)調(diào)軟件行為的確定性。

nRF5340的核心布局更像是一個(gè)SoC中的兩個(gè)芯片解決方案，而不是一個(gè)可以并行運(yùn)行軟件的系統(tǒng)。每個(gè)內(nèi)核都有自己獨(dú)立的固件和一組在該內(nèi)核上最佳運(yùn)行任務(wù)。這種安排可以很容易地克服應(yīng)用程序和協(xié)議代碼實(shí)時(shí)性需求之間的沖突問(wèn)題。

一個(gè)尺碼并不適合所有人

雙核體系結(jié)構(gòu)引入了一些復(fù)雜性，因?yàn)殡p核SoC比單核Arm處理器具有更多的交互性。但是nRF5340體系結(jié)構(gòu)被巧妙地劃分為明確定義的子系統(tǒng)，以最大限度地提高其靈活性。例如，Nordic設(shè)計(jì)了最高效、最穩(wěn)定的子系統(tǒng)來(lái)操作RF協(xié)議。這個(gè)子系統(tǒng)是完美優(yōu)化的，客戶不需要在那里開(kāi)發(fā)，讓他們只關(guān)注應(yīng)用處理器子系統(tǒng)，以使他們的產(chǎn)品與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手區(qū)分開(kāi)來(lái)。

當(dāng)然這并不意味著高水平的開(kāi)發(fā)者無(wú)法訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)處理器：Nordic為客戶提供了對(duì)兩個(gè)核心的完全訪問(wèn)權(quán)限，并且可以自由地使用每一個(gè)核心，而市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品并不總是這樣。網(wǎng)絡(luò)處理器的可編程性使開(kāi)發(fā)人員能夠選擇在其上運(yùn)行的應(yīng)用軟件元素，其與應(yīng)用處理器相比具有更高的效率。

例如，一些客戶可能只對(duì)簡(jiǎn)單的藍(lán)牙LE連接感興趣，并且能夠?qū)⒄麄€(gè)藍(lán)牙LE協(xié)議安裝到網(wǎng)絡(luò)域中，而其他客戶可能會(huì)針對(duì)多協(xié)議解決方案，其中上層只適合應(yīng)用程序域。（需要端到端加密的物聯(lián)網(wǎng)最好采用CryptoCell-312方案，它只駐留在應(yīng)用程序域中。）

唯一可以肯定的是，一個(gè)解決方案并不適用于所有人。這就是為什么Nordic提供軟件示例，演示如何將應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)處理器結(jié)合起來(lái)。

多核遠(yuǎn)比雙核更好

nRF5340有兩個(gè)核心，主要是為了消除處理能力和單核功耗之間的權(quán)衡。應(yīng)用處理器只在需要時(shí)提供計(jì)算上的重?fù)?dān)，而功率優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)處理器則負(fù)責(zé)處理無(wú)線協(xié)議。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)核心都可以運(yùn)行自己的軟件，防止應(yīng)用程序代碼和協(xié)議軟件之間發(fā)生沖突。但是，雖然兩個(gè)核心是好的，兩個(gè)以上的更好，這就是為什么nRF5340的架構(gòu)被設(shè)計(jì)成支持多核系統(tǒng)，而不僅僅是雙核系統(tǒng)。多核nRF53系列SoC將來(lái)可能成為Nordic產(chǎn)品組合的一部分。

早在2012年，北歐nRF51系列SoC就掀起了一股創(chuàng)新無(wú)線產(chǎn)品的浪潮。隨著雙核nRF5340的發(fā)布，全新一代更多核產(chǎn)品即將出現(xiàn)。