飛思卡爾：平衡的藝術--性能與節(jié)能兩不誤 - 全文

對于工業(yè)4.0，不同企業(yè)有著不同的詮釋，而互聯是其最大的特點。通過現場總線、工業(yè)以太網、RFID，甚至Wi-Fi等有線或者無線方式將工業(yè)應用中的所有設備連接起來，再通過網關聯接到云端。飛思卡爾為許多有線和無線工業(yè)通信協議及人機界面提供工業(yè)控制和網絡的解決方案，其安全系統(tǒng)可在制造或加工工廠的典型惡劣環(huán)境下，承受黑客、克隆、篡改和軟錯誤。

優(yōu)化工業(yè)應用

在飛思卡爾眾多針對工業(yè)通信的產品中，最新推出的QorIQ雙核T1024和T1023通信處理器是比較可圈可點的。T1024和T1023為工業(yè)市場提供優(yōu)化的功能，包括面向HMI的顯示界面單元、面向工業(yè)協議卸載的QUICC Engine以及針對高可靠性“始終在線”應用的錯誤檢查與糾錯（ECC）支持。其中QUICC 引擎模塊為TDM、HDLC、UART、ISDN和工業(yè)協議等傳統(tǒng) WAN協議提供綜合支持。

T1024和T1023配備64位內核，基于Power Architecture技術構建，提供網絡、電信和工業(yè)聯網應用所需的高性能數據通路加速架構（DPAA）和網絡外設總線接口。其目標應用包括：有線和無線分支路由器、WLAN 11ac企業(yè)接入點、服務提供商WLAN接入點、統(tǒng)一的威脅管理網關、多功能打印機、路由器和交換機控制器、線卡控制器、工業(yè)自動化和計算、單板計算機、航空航天和國防級耐用網絡設備。

全新的QorIQ T1023和T1024處理器為廣受歡迎的QorIQ P1系列和PowerQUICC處理器組合了無縫應用軟件的可擴展性和出色的卸載性能升級路徑。T1023器件針對802.11ac智能邊緣WLAN接入點和分支路由器，同時T1024 SoC經濟高效地升級了打印和成像、傳統(tǒng)控制應用和線路卡。

平衡的藝術——性能與節(jié)能兩不誤

與熱門的ARM內核相比，Power Architecture與工業(yè)結緣的歷史更為悠久，并且已經在工業(yè)及通信領域證明其有很強的可靠性和安全性。e5500架構是飛思卡爾e500內核的兩倍，設計頻率高達2.5 GHz，可以運行在64位或32位模式。64位e5500內核實現了諸多改進，包括支持多核SoC實施方案以及異構多核處理器，并實現了集成度和性能的獨特結合，在非常低的功率范圍內達到了非常高的性能水平，為嵌入式能效設定了一個基準。

T1023/24處理器帶2個或4個采用Power Architecture技術的e5500單線程內核，高達1.4GHz，帶64位ISA支持；低延遲、每核、內核定時，256KB專用緩存；混合32位模式，支持傳統(tǒng)的軟件，并可過渡到64位架構；32/64位DDR3L/4 SDRAM存儲控制器，帶ECC支持，高達1600MT/s。

T1023/24的一大特點是性能與功耗的完美結合，可以說是“智能節(jié)能”，其體現在幾個方面：首先是每瓦性能達到1800 Coremark；總功耗小于4W（主頻為1.4GHz）；e5500核支持不同層次的低功耗模式（睡眠、等待和倦?。?；通過基于ECMA 363的自動應答提供深度睡眠支持，無數據包丟失；符合能耗標準，如歐洲行為守則、能源之星等。

此外，建議使用F104S8A四端口千兆以太網銅PHY作為T1023/24通信處理器的配套設備提供，F104S8Aq器件可優(yōu)化所有鏈路運行速率的功耗。

信息安全性解除后顧之憂

最近，一起發(fā)生在德國的機器人事故引起業(yè)界廣泛關注，引發(fā)對機器人安全性的討論。其實完全沒必要恐慌，因為從智能家居到工業(yè)4.0，這些物聯網應用早在設計之初就十分重視安全性。安全包括物理安全、功能安全、信息安全三個方面。以工廠的機器手臂為例，物理安全指其所在位置的安全，例如不受風雨、地震應用等；功能安全是指其能正常地工作，既不出故障，也不給其他事物帶來破壞；信息安全是指其接收和發(fā)送的數據安全，不受黑客攻擊，并且只有授權用戶才能與它進行信息交互，甚至不同級別的授權用戶有不同的操作權限。

那么飛思卡爾通信處理器可以在安全性方面做些什么呢？以信息安全為例，T1023/24所有端口均帶有MACsec，它是一個用以保護局域網安全的主要協議，這一協議通過識別局域網上非授信站點來阻止其通信，從而保證網絡正常運行，同時還能保護信息完整性和保密性信，并減少對2層協議的攻擊。T1023/24還支持硬件虛擬化和分區(qū)執(zhí)行，有額外的特權級別，用于管理程序支持。指令有3個等級：用戶、超級用戶、管理程序，而分等級是信息安全最有效的措施之一，避免沒有權限的人對系統(tǒng)造成破壞。此外，QorIQ可信架構可提供安全引導、安全調試、篡改檢測、易失性密鑰存儲等功能。

T1023/24集成的DPAA不僅有加速特性，也帶來了安全性。其功能包括：全L2/3通道和加密/解密分流支持，用于諸如WLAN等功能；CAPWAP/DTLS安全無線鏈接；數據包解析、分類和分布；支持調度、數據包排序和阻塞管理的隊列管理；用于緩沖區(qū)分配和釋放的硬件緩沖管理；密碼加速（SEC 5.x）。

外設接口

工業(yè)應用接口種類繁多，例如維護用的低速現場總線（RS-485）、過程處理用快速現場總線（CAN），即使實現類似功能，采用的協議也可能大相徑庭。因此，針對工業(yè)應用的通信處理器需要對接口有強大的支持。

T1024/1023包括以下網絡單元和外設接口：SerDes（4條高達10Gb/s的通道，支持SGMII、QSGMII、PCIe和SATA）；高達4個以太網MAC；3個PCI Express 2.0控制器；1個串行ATA （SATA 2.0） 控制器；兩個高速USB 2.0控制器，帶集成物理層；增強型安全數字主控制器 （SD/MMC/eMMC）；增強型串行外圍接口；兩個I2C控制器；4個UART；集成式閃存控制器，支持NAND和NOR閃存。

參考設計和軟件支持

QorIQ T1024參考設計板（T1024RDB）是一種高性能評估和開發(fā)平臺，支持基于Power Architecture技術構建而成的QorIQ T1024和T1014通信處理器。該電路板配備1.4 GHz QorIQ T1024處理器和豐富的I/O組合，主要面向網絡和以太網應用為主的QorIQ T1系列通信處理器評估，例如，固定路由器、交換機、互聯網接入設備、防火墻和其他數據包過濾應用、以及通用嵌入式計算中的混合控制和數據平臺。QorIQ T1024RDB可以幫助您加快產品上市速度。在您的硬件和軟件生產之前，該系統(tǒng)可作為軟硬件開發(fā)、調試和性能評估的參考。如果需要，還可提供設計文件。

在T1024RDB中，系統(tǒng)一旦進入深度睡眠模式，可以通過軟件對定時器和中斷控制器進行編程，使得只有在重要事件時才喚醒處理器，并且能決定是返回睡眠模式還是激勵處理器全速率運行。

圖 QorIQ T1024參考設計框圖

飛思卡爾多年來組建起了豐富的生態(tài)系統(tǒng)，為其產品的廣泛應用打下了堅實的基礎。其與合作伙伴可為用戶提供一系列廣泛工具、運行時軟件、參考解決方案和服務，加速設計。例如：面向Power Architecture技術的CodeWarrior Development Studio、QorIQ Linux SDK、VortiQa應用軟件、專業(yè)服務和支持（如參考設計軟件支持包）、第三方軟件和工具（包括Enea、Green Hills、Mentor Graphics以及Wind River）。

其中，CodeWarrior Development Studio充分發(fā)揮了通信和網絡應用的全部潛力，其集成在Eclipse開發(fā)框架內，集成了Linux Build工具和極其先進的具有軟件分析功能的多核處理器及多核調試技術，使用戶能夠構建、調試并且優(yōu)化基于飛思卡爾Power Architecture技術的多核應用。