何小庆-突破“多核困境”：操作系统技术的创新与嵌入式应用落地-何小庆-RTT-V1.2.pdf

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1、突破“多核困境”：操作系统技术的创新与嵌入式应用落地ALLAN HE/何小庆Allanesbf.org报告内容 产业背景与现状 多核硬软件架构与操作系统概述 多核操作系统的虚拟化技术 嵌入式多核操作系统应用实例 嵌入式多核操作系统应用展望 产业发展大背景o嵌入式设备性能提升(MCU-SoC、ARM64/RISC-V)o嵌入式处理器芯片（单核-同构多核-异构多核）o嵌入式系统功能升级（实时控制+富功能应用）o嵌入式系统开发度增加（功能安全+信息安全）新一代嵌入式系统：高算力、高安全、高灵活以及自治的智能系统伴随大模型应用、万物智联的高性能嵌入式系统蓬勃发展 多核嵌入式操作系统的应用活跃的多核嵌入

2、式处理器公司o海外芯片公司在高算力多核芯片和汽车智驾芯片上占有绝对的优势，配套的软件、工具和安全方案成熟。o国内在边缘和端侧智能芯片有成本和生态优势，在智驾领域正在积极跟进。高算力多核处理器走人千家万户嵌入式多核芯片现状与应用困境o多核芯片在嵌入式系统中非常普及，X86/高通/NXP 和TI 典型,以瑞芯微和全志为代表国产芯片应用广泛。o汽车MCU 多核芯片历史悠久，比如 TI Hercules（Cortex-R）Infineon AURIX（TriCore架构）。oARM推出Cortex-M系列（M4/M7/M0+），支持多核异构设计，NXP/ST/国民技术/GD32/BL/Microchi

3、p/T1/Renase RA8，应用不多！o多核芯片进入物联网消费端 如 Raspberry Pi Pico 和ESP32。o多核操作系统普遍采用Linux（SMP)，或 Linux+RTOS(裸机）。o相当一部分双核MCU 仅仅使用单核。oRTOS(SMP)存在应用难点、使用还不多，多核虚拟化在汽车电子渐成趋势，工业应用刚刚开始。微处理器芯片发展快于软件，软件定义系统时代远没有真正到来 多核发展简史与架构介绍计算芯片走过了微处理器-多处理器-多核处理器-AI 处理器的50年o1971年 Intel公司设计出第一款微处理器-4004，很快Intel又推出了8位的8008处理器和16位的8086

4、处理器。o8086是单核CPU，随着需求的提高和功耗问题出现，就有在一个芯片上建造两个或者多个核。o2009年 Intel i5（1代）4 核 CPU发布 应用在桌面电脑。o2011年 OMAP 4430（双核Cortex-A9）Mot Droid RAZR采用。o2012 年 NXP LPC4300发布首款双核Cortex-M4+M0 MCU。o2014年 视觉芯片Myriad 2 发布 16个SHAVE核心 应用在大疆无人机。多核处理器具有更高的计算密度和更强的并行处理能力并且尺寸还很小，多核芯片适合嵌入式混合关键系统。本报告在后面的讨论中：多处理器、多核处理器、多核MCU、多核芯片不加以

5、区别2026年再版（第二版）同构和异构的多核处理器硬件架构同构:所有的CPU的核心架构都一样。如瑞芯微RK3568、飞思卡尔的I.MX6D，它们有两个或者以上架构相同的ARM Cortex-A核。RK3568 四核64位Cortex-A55 主频最高2.0GHz,内置1.0TOPS算力NPU。异构:CPU核心架构不一样称为异构。如 TMS320DM8127有一个DSP C674x核和一个ARM Cortex-A8核。再如Xilinx的ZYNQ7000系列，有两个ARM 核和FPGA核。异构多核CPU 可根据负载，平衡算力的使用，比如实时性计算需求可由M/R核完成，人机界面由A核完成。从硬件的角

6、度看，多核处理器可以分为同构和异构两种架构 共享资源私有资源多核处理器软件架构 SMP和AMP从软件的角度看：多核处理器平台的架构：SMP（对称多处理）、AMP（非对称多处理）和BMP（绑定多处理）3种。SMP是指只有一个OS运行在多个CPU上，一个OS管理各个CPU内核，为各个内核分配工作负载，系统中所有的内核平等地访问内存和外设资源。一般运行在SMP结构下的都是同构处理器。Linux和RT-Thread 支持SMP结构。SMP结构下一个OS负责协调两个处理器，两个处理器共享内存，每个核运行的应用程序，通过MMU把它们映射到主存的不同物理位置上。每个CPU内核执行专门的任务，操作与单处理器设