Oktober 2010 - Renesas Electronics, führender Anbieter hochmoderner Halbleiterlösungen, kündigt die Entwicklung des V850E2H, eines neuen 32-Bit V850(TM) CPU-Cores, an. Dieser Core bietet eine Echtzeit-Steuerungs- und Signalverarbeitungsleistung auf dem Niveau digitaler Signalprozessoren (DSPs). Der CPU-Kern ist für die Nachfrage nach besserer Rechenleistung in Embedded-Systemen ausgelegt, wie etwa bei Fabrikautomatisierungs-Geräte und Kfz-Steuereinheiten für die Motorsteuerung.
Die wichtigsten Merkmale des V850E2H Cores sind: (1) ein integrierter Co-Prozessor mit Single Instruction Multiple Data (SIMD) Unterstützung, der die Verarbeitung von vier Datenelementen mit einer einzigen Instruktion erlaubt und damit auch ohne externe DSPs beste Signalverarbeitungsleistung ermöglicht, und (2) ein High-Speed Branch Predictor für die schnelle Ausführung von Schleifen-Instruktionen, mit dem selbst aus einfachen Instruktionen bestehende Programme ohne Signalverarbeitung um etwa 10 Prozent schneller laufen. Mit diesen Funktionen kann der Systementwickler MCUs mit eingebautem V850E2H CPU-Core einfacher in Systeme einbinden.
Die Umstellung auf Elektronik hat bei Echtzeit-Steuerungssystemen, die Hochgeschwindigkeits-Signalverarbeitung benötigen, wie etwa in der Fabrikautomatisierung oder bei Kfz-Steuereinheiten, große Fortschritte gemacht. Dementsprechend stiegen auch die Anforderungen für eine schnellere Signalverarbeitung. In der Regel enthalten High-End Embedded-Systeme heute neben einer CPU einen DSP für die Signalverarbeitung. Da die CPU aber mit externen Komponenten wie DSPs über langsame Speicherbausteine kommunizieren muss, lässt sich eine schnelle Reaktion auf Interrupts nur extrem schwierig gewährleisten. Dies aber ist für dieses Einsatzgebiet entscheidend, wenn sich als Reaktion auf einen Interrupt Details der Verarbeitung ändern. Solche High-End Embedded-Systeme erfordern zudem erhebliche Entwicklungsinvestitionen in Mann-Stunden: Das Steuerprogramm muss auf der CPU und ein separates Signalverarbeitungsprogramm auf dem DSP laufen. Beide Softwareelemente werden in unterschiedlichen Entwicklungsumgebungen geschrieben und getestet, bevor sie anschließend zur Sicherung des korrekten Zusammenspiels zwischen CPU und DSP erneut gemeinsam getestet und verifiziert werden müssen.
Als Reaktion auf die Forderungen nach besserer Leistung, kürzerer Entwicklungszeit und geringeren Ressourcen-Bedarf für die Entwicklung hat Renesas Electronics die V850E2v4 Architektur entwickelt. Diese verbindet die exzellente Steuerleistung bestehender CPU-Cores wie etwa des V850E2M mit überlegener Signalverarbeitungsleistung. Die V850E2v4-Architektur verbessert nicht nur die Steuer- und Signalverarbeitungs-Leistung, so dass sie die der früheren Architektur übertrifft, sondern bietet auch verbesserte Grundfunktionen und SIMD-Erweiterungen für die Signalverarbeitung. V850E2H ist der erste CPU-Core auf der Basis dieser neuen Architektur.
Die wichtigsten Vorteile des V850E2H Cores sind:
(1) SIMD-Erweiterungen für eine Signalverarbeitungsleistung auf DSP-Niveau
Zur Verbesserung der Signalverarbeitungsleistung bietet der Core zusätzlich SIMD-Instruktionen und einen SIMD-Prozessor mit dedizierten Vektor-Registern (64-Bit). Weitere Verbesserungen am V850E2M sind eine dedizierte Pipeline für die Ausführung erweiterter Signalverarbeitungsinstruktionen und ein zusätzlicher, kompakter Branch Predictor für eine schnellere Ausführung von Schleifen-Instruktionen usw. Gemeinsam ermöglichen diese Verbesserungen eine Signalverarbeitung auf dem Niveau konventioneller DSPs sowie eine Echtzeit-Systemsteuerung, ohne die Notwendigkeit, einen externen DSP an die MCU anschließen zu müssen.
(2) Höhere Leistung in Bezug auf den Codeumfang als bei früheren CPU-Cores
Verglichen mit einem in C geschriebenen und auf einem früheren CPU-Core ausgeführten Filter-Programm (Anm. 1) belegte das gleiche Programm nach einer Optimierung und einer Kompilierung für den V850E2H-Core nur ein Drittel des Speicherplatzes und benötigte zur Programmausführung etwa nur ein Zwölftel der Zeit. Dies ist eine dramatische Verbesserung der Leistung in Bezug auf den Codeumfang.
Dank verbesserter Grundfunktionen wie etwa einer Verzweigungs-Vorhersage auf der Basis der lokalen Verzweigungs-Historie, Schleifen-Instruktionen sowie bedingter Verzweigungen über lange Codeabschnitte kann der V850E2H-Core selbst Anwendungen ohne Signalverarbeitung um etwa 5 bis 12 Prozent schneller ausführen.
Darüber hinaus kann der V850E2H-Core neben den einfachen Instruktionen auch erweiterte Signalverarbeitungs-Instruktionen in der internen CPU-Pipeline ausführen, so dass sich alle Instruktionen mit Interrupts verknüpfen lassen.
(3) Verringerter Zeitaufwand für die Softwareentwicklung
Da kein externer DSP benötigt wird, lassen sich Steuer- und Signalverarbeitungsprogramm in einer für die CPU ausgelegten Programmentwicklungsumgebung erstellen und testen. Dies ermöglicht eine erhebliche Verringerung der Anzahl an Mann-Stunden im Vergleich zu früheren Konzepten, bei denen mehrere getrennte Entwicklungsumgebungen für die Erstellung und den Test der CPU- und DSP-Programme sowie für den Test und die Verifikation der Interoperation benötigt wurden.
(4) Kompatibilität zu früheren CPU-Cores
Der V850E2H-Core bietet garantierte Kompatibilität zum Basis-Befehlssatz der früheren V850E2M CPU auf Objektebene. Darüber hinaus lässt sich die IEEE 754 kompatible, im V850E2M-Core integrierte Floating-Point Recheneinheit ebenfalls mit dem V850E2H Core integrieren.
Die Technologie des V850E2H-Cores, der sowohl hervorragende Steuer- wie auch Signalverarbeitungsleistung bietet, wird nach Einschätzung von Renesas Electronics die Entwicklung von Programmen und Steuersystemen vereinfachen. Dies gilt besonders, wenn diese Systeme leistungsfähige Analysealgorithmen benötigen, wie etwa Schwingungs-Dämpfungssysteme für Fabrikautomatisierungsgeräte und Automobilelektronik-Steuereinheiten wie zum Beispiel Klopfsensoren, die das Abstandsradar im Fahrzeug und die Kraftstoff-Effizienz des Motors überwachen. Das Unternehmen plant, seinen Kunden neue MCU-Lösungen anzubieten, die den neuen V850E2H-Core enthalten.
Anmerkung 1
Ein Programm, das eine 16-Bit, 128-Punkt Fast-Fourier Transformation (FFT) verwendet.
Die wichtigsten Merkmale des V850E2H Cores sind: (1) ein integrierter Co-Prozessor mit Single Instruction Multiple Data (SIMD) Unterstützung, der die Verarbeitung von vier Datenelementen mit einer einzigen Instruktion erlaubt und damit auch ohne externe DSPs beste Signalverarbeitungsleistung ermöglicht, und (2) ein High-Speed Branch Predictor für die schnelle Ausführung von Schleifen-Instruktionen, mit dem selbst aus einfachen Instruktionen bestehende Programme ohne Signalverarbeitung um etwa 10 Prozent schneller laufen. Mit diesen Funktionen kann der Systementwickler MCUs mit eingebautem V850E2H CPU-Core einfacher in Systeme einbinden.
Die Umstellung auf Elektronik hat bei Echtzeit-Steuerungssystemen, die Hochgeschwindigkeits-Signalverarbeitung benötigen, wie etwa in der Fabrikautomatisierung oder bei Kfz-Steuereinheiten, große Fortschritte gemacht. Dementsprechend stiegen auch die Anforderungen für eine schnellere Signalverarbeitung. In der Regel enthalten High-End Embedded-Systeme heute neben einer CPU einen DSP für die Signalverarbeitung. Da die CPU aber mit externen Komponenten wie DSPs über langsame Speicherbausteine kommunizieren muss, lässt sich eine schnelle Reaktion auf Interrupts nur extrem schwierig gewährleisten. Dies aber ist für dieses Einsatzgebiet entscheidend, wenn sich als Reaktion auf einen Interrupt Details der Verarbeitung ändern. Solche High-End Embedded-Systeme erfordern zudem erhebliche Entwicklungsinvestitionen in Mann-Stunden: Das Steuerprogramm muss auf der CPU und ein separates Signalverarbeitungsprogramm auf dem DSP laufen. Beide Softwareelemente werden in unterschiedlichen Entwicklungsumgebungen geschrieben und getestet, bevor sie anschließend zur Sicherung des korrekten Zusammenspiels zwischen CPU und DSP erneut gemeinsam getestet und verifiziert werden müssen.
Als Reaktion auf die Forderungen nach besserer Leistung, kürzerer Entwicklungszeit und geringeren Ressourcen-Bedarf für die Entwicklung hat Renesas Electronics die V850E2v4 Architektur entwickelt. Diese verbindet die exzellente Steuerleistung bestehender CPU-Cores wie etwa des V850E2M mit überlegener Signalverarbeitungsleistung. Die V850E2v4-Architektur verbessert nicht nur die Steuer- und Signalverarbeitungs-Leistung, so dass sie die der früheren Architektur übertrifft, sondern bietet auch verbesserte Grundfunktionen und SIMD-Erweiterungen für die Signalverarbeitung. V850E2H ist der erste CPU-Core auf der Basis dieser neuen Architektur.
Die wichtigsten Vorteile des V850E2H Cores sind:
(1) SIMD-Erweiterungen für eine Signalverarbeitungsleistung auf DSP-Niveau
Zur Verbesserung der Signalverarbeitungsleistung bietet der Core zusätzlich SIMD-Instruktionen und einen SIMD-Prozessor mit dedizierten Vektor-Registern (64-Bit). Weitere Verbesserungen am V850E2M sind eine dedizierte Pipeline für die Ausführung erweiterter Signalverarbeitungsinstruktionen und ein zusätzlicher, kompakter Branch Predictor für eine schnellere Ausführung von Schleifen-Instruktionen usw. Gemeinsam ermöglichen diese Verbesserungen eine Signalverarbeitung auf dem Niveau konventioneller DSPs sowie eine Echtzeit-Systemsteuerung, ohne die Notwendigkeit, einen externen DSP an die MCU anschließen zu müssen.
(2) Höhere Leistung in Bezug auf den Codeumfang als bei früheren CPU-Cores
Verglichen mit einem in C geschriebenen und auf einem früheren CPU-Core ausgeführten Filter-Programm (Anm. 1) belegte das gleiche Programm nach einer Optimierung und einer Kompilierung für den V850E2H-Core nur ein Drittel des Speicherplatzes und benötigte zur Programmausführung etwa nur ein Zwölftel der Zeit. Dies ist eine dramatische Verbesserung der Leistung in Bezug auf den Codeumfang.
Dank verbesserter Grundfunktionen wie etwa einer Verzweigungs-Vorhersage auf der Basis der lokalen Verzweigungs-Historie, Schleifen-Instruktionen sowie bedingter Verzweigungen über lange Codeabschnitte kann der V850E2H-Core selbst Anwendungen ohne Signalverarbeitung um etwa 5 bis 12 Prozent schneller ausführen.
Darüber hinaus kann der V850E2H-Core neben den einfachen Instruktionen auch erweiterte Signalverarbeitungs-Instruktionen in der internen CPU-Pipeline ausführen, so dass sich alle Instruktionen mit Interrupts verknüpfen lassen.
(3) Verringerter Zeitaufwand für die Softwareentwicklung
Da kein externer DSP benötigt wird, lassen sich Steuer- und Signalverarbeitungsprogramm in einer für die CPU ausgelegten Programmentwicklungsumgebung erstellen und testen. Dies ermöglicht eine erhebliche Verringerung der Anzahl an Mann-Stunden im Vergleich zu früheren Konzepten, bei denen mehrere getrennte Entwicklungsumgebungen für die Erstellung und den Test der CPU- und DSP-Programme sowie für den Test und die Verifikation der Interoperation benötigt wurden.
(4) Kompatibilität zu früheren CPU-Cores
Der V850E2H-Core bietet garantierte Kompatibilität zum Basis-Befehlssatz der früheren V850E2M CPU auf Objektebene. Darüber hinaus lässt sich die IEEE 754 kompatible, im V850E2M-Core integrierte Floating-Point Recheneinheit ebenfalls mit dem V850E2H Core integrieren.
Die Technologie des V850E2H-Cores, der sowohl hervorragende Steuer- wie auch Signalverarbeitungsleistung bietet, wird nach Einschätzung von Renesas Electronics die Entwicklung von Programmen und Steuersystemen vereinfachen. Dies gilt besonders, wenn diese Systeme leistungsfähige Analysealgorithmen benötigen, wie etwa Schwingungs-Dämpfungssysteme für Fabrikautomatisierungsgeräte und Automobilelektronik-Steuereinheiten wie zum Beispiel Klopfsensoren, die das Abstandsradar im Fahrzeug und die Kraftstoff-Effizienz des Motors überwachen. Das Unternehmen plant, seinen Kunden neue MCU-Lösungen anzubieten, die den neuen V850E2H-Core enthalten.
Anmerkung 1
Ein Programm, das eine 16-Bit, 128-Punkt Fast-Fourier Transformation (FFT) verwendet.
