嵌入式|欧盟EMC2项目推动嵌入式智能系统发展，其后续探索的开放式硬件存储库合作模式将使嵌入式多核系统设计迎来新的时代

欧盟的“Artemis 嵌入式多核系统”项目对多核平台进行了成本效益整合。该项目在2017年5月底完成。作为该项目的主要参与企业圣丹斯微处理器技术公司与欧洲核研究委员会合作，利用开放式硬件存储库模式继续推动嵌入式多核系统的发展，此举将进一步促进创新。

在动态的可变实时环境中，混合关键应用中的嵌入式多核（EMC²）旨在寻找嵌入式多核系统，该系统可用于通常拥有单核处理器的安全关键系统。这个目标很明显，在单个集成计算平台上，可以在不同应用程序中使用多核平台。上述所说的混合关键型元素是指嵌入式多核系统必须稳定。

多核嵌入式系统需求量大

大多数关键软件应用程序都在单个处理器上运行，因为与多处理器相比，单个处理器更容易查看代码并对单个处理器进行调试。然而，对于商业个人计算机（PC）、手机和文件服务器而言，多处理器用的较多，因为它们有助于共享工作负载。在工业部门，关键特性和功能依靠单核处理来完成。

图1：EMC²项目是由欧盟资助的计划，旨在在关键应用中部署多核系统。商业产品的普及意味着可用的单核处理器很少。开发人员向板中硅片添加具有多核处理器或片上系统（SoC）的关键应用软件，以绕过处理器的部署。

2012年，英飞凌公司启动嵌入式多核系统项目（EMC²）。该项目由来自19个欧洲国家的98家公司共同参与完成，旨在“在几乎所有实时和混合关键应用领域中推动多核技术的突破和部署”，以提高欧洲在嵌入式系统行业的竞争力。

EMC²是欧盟嵌入式智能系统先进研究和技术（ARTEMIS）项目中的一个，该项目由中小企业（SME）、研究机构和制造商组成，以推动嵌入式智能系统发展。

EMC²的目标是在所有相关嵌入式系统领域建立多核技术。嵌入式系统是跨系统的信息和通信骨干，但因不同系统类别而异，拥有不同功能。该项目旨在使多核计算平台“显着改善系统和应用程序、集成、效率和性能”。

EMC²项目于5月31日完成，今年晚些时候项目相关研究成果将在白皮书上公布。在这些成果中，其中一个显着的特点是EMC2倡导可持续发展的系统开放环境，该系统具有可扩展性，能够灵活地进行调整和配置，并由社区共享。

图2：左图是EPIC外形尺寸，中间是带有用于无线连接的PCI迷你卡的堆叠板，就是EMC²板。

参与EMC²项目的公司之一是圣丹斯微处理器技术公司，该公司专门从事嵌入式模块和板卡研发工作。其在项目中发挥的作用是根据项目分小组中提出的专门针对“多核硬件架构和概念”的指导方针开发多核硬件架构。该分小组负责开发和评估硬件技术，使多核处理器能够“执行具有混合关键性功能的应用程序”。其认识到，大多数现代架构虽然复杂性增加，但性能只有较小的提高。这导致了设计复杂性、验证和运行活动的增加，使程序员无法理解影响代码对运行活动的影响，阻碍了混合关键系统的构建，“特别是可扩展性和高度互联的系统”圣丹斯公司管理经理Flemming Christensen解释称，“圣丹斯必须设计一个尽可能模块化的平台，并设计一个可以使用任何可商用的产品进行扩展的平台。这可能是空间项目的特定组件，例如，需要很多音频通道的地方。Flemming表示，“我们无法在预算范围内做所有的事情，所以我们决定尽可能模块化，并在FPGA或硬核处理器内部使用软处理器内核。”Christensen表示，圣丹斯公司选择Xilinx公司的Artix-7和Kinetix-7 FPGA用于其EMC-DP 硬件平台。符合EMC标准且用于片上系统模块的PC/104 OneBank板载可用于商业、医疗、工业和军事应用的恶劣环境。Christensen表示，“想象一下，你可以将一个ARM处理器放在电路板上，ARM处理器可以作为一个软件处理器运行。你可以通过添加更多相同的电路板来实现多核系统，因此这些电路板可以实现堆叠，使PCI Express成为电路板之间的通信接口，也可以组合使用单个处理器内核和大型FPGA，并使用英特尔公司的中央处理器（CPU）。”

图3：信息技术和自动化研究所（UTIA）使用EMC²-DP进行非对称多处理的演示

该电路板板连接到PC主机或ARM主机，如果需要，也可仅连接到FPGA。Christensen引用了一个应用程序，该程序使用了通过在FPGA内部添加了多个内核的板卡：“他们没有使用任何常规的CPU，他们使用驻留在FPGA中的处理器，小型8位FPGA，非常简单。他们没有占用很多空间，但他们仍然运行着关键任务的基础设施。

嵌入式多核系统选择PC/104标准

决定采用基于PC/104外形的EMC²-DP的灵感起源于最小可用和可堆叠的外形尺寸。Christensen表示，“PC/104提供了一个PCI Express可堆叠系统，因此它可以选择通过使用单板为系统添加多个板卡，这一点非常重要。”这些正是EMC²正在尝试实现的功能，即能够从仍然在PCI Express主干上进行通信的许多供应商系统中添加处理器板和I/O板。PC/104具有OneBank连接器系统，允许电路板以任何形状或形式进行放大。他表示，“因为有了包括切换技术在内的技术，我们也可以切换背板。”他指出，这是一个优于基于机架的系统的优势，因为所有的切换在无需背板的情况下都发生在PC/104板上，这也意味着由于保存底板而使系统更小，成本更低。

Christensen表示，采用PC/104外形也适用于多功能性。它允许一个项目从5~6块电路板开始，创建一个系统，但经过一系列的迭代可能只需要3~4块电路板。这3~4块电路板将是你最终集成在一个盒子里面的电路板，而不是插入到PC或者背板上。如果你有8个板卡，并选择了一个8槽的承载板，那么你将被卡住，不能因为底板而缩小。五年前你可以做8个槽，你现在可能只需要3个。他表示：PC/104外形尺寸允许重新设计，保持相同的外壳，但是通过使盒子更小，可以很容易地使它缩小，因为没有这么大的背板。

Christensen表示，公司的目标应用是机器自动化、机器人学、深度学习或人工智能。“我们倾向专注于视觉传感器，因为这是处理能力所需宽带所在。视觉自动化系统需要多个传感器、多个视频接口，以及视频数据的快速处理，以便从他们所看到的内容中学习，并根据该知识进行决策。”

采用开放硬件资源库模式

圣丹斯公司将EMC²-DP放在CERN（欧洲核研究委员会）开放式硬件存储库上。这是一个基于与开放软件相同原理的资源，但是用于硬件。它是为了允许设计者在开放的硬件设计上进行合作而创建。CERN会员可以下载所有的电子、原理图和制造文件，下载并订购PCB，并且不需要支付许可证费用就可以建立一个电路板。该技术可以开发成一个应用程序；唯一的条件是，无论设计师开发什么，都必须放在开放式硬件存储库上，供社区访问。

这种合作是一个新的举措。 PC/104联盟将提供新的和成熟的电路板设计实例，并提供参考设计，供其他人使用和创造新的东西。虽然圣丹斯公司的板块是CERN开放式硬件存储库中唯一的PC/104产品，但以后会有更多产品出现。