Πώς βελτιώνουν οι πολυπύρηνοι επεξεργαστές την εμπειρία της οθόνης αφής; Μπορεί να αναρωτηθείτε αυτό όταν ο σχεδιασμός σας επιβραδύνεται. Οι διεπαφές με οθόνη αφής χρειάζονται γρήγορες, προβλέψιμες αποκρίσεις, καλή χρήση ενέργειας και ομαλό χειρισμό πολλών εργασιών ταυτόχρονα.
Ένας πολυπύρηνος επεξεργαστής τοποθετεί πολλές ανεξάρτητες μονάδες επεξεργασίας σε ένα τσιπ. Αυτή η ρύθμιση επιτρέπει την ταυτόχρονη εκτέλεση εργασιών στην οθόνη αφής. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν πυρήνα για δειγματοληψία αφής, έναν άλλο για αναγνώριση χειρονομιών και έναν τρίτο για συγχρονισμό ανανέωσης οθόνης. Αυτός ο πολυπύρηνος σχεδιασμός μειώνει την καθυστέρηση.
Μελέτες δείχνουν ότι η συνολική καθυστέρηση κάτω των 100 χιλιοστών του δευτερολέπτου φαίνεται άμεση. Τα βιομηχανικά συστήματα HMI χρειάζονται καθυστέρηση 50 χιλιοστών του δευτερολέπτου ή μικρότερη. Τα γρήγορα κιόσκια χρειάζονται ρυθμούς αναφοράς συντεταγμένων τουλάχιστον 120 Hz. Μια καθυστέρηση μερικών εκατοντάδων χιλιοστών του δευτερολέπτου φαίνεται αργή.
Αυτό το άρθρο εξηγεί την αρχιτεκτονική πολλαπλών πυρήνων με απλά λόγια. Θα δείτε σαφή οφέλη για τις χρήσεις οθονών αφής και θα λάβετε έναν οδηγό για την επιλογή του σωστού επεξεργαστή. Αυτή η επιλογή επηρεάζει το πόσο καλά λειτουργεί ο σχεδιασμός σας.
Βασικά Συμπεράσματα
Οι πολυπύρηνοι επεξεργαστές χειρίζονται ταυτόχρονα εργασίες αφής. Αυτό μειώνει την καθυστέρηση και κάνει τις οθόνες να φαίνονται άμεσες.
Ειδικοί πυρήνες μόνο για την αφή και την οθόνη σταματούν τις διενέξεις πόρων. Αυτό διατηρεί τους χρόνους απόκρισης κάτω από 50 χιλιοστά του δευτερολέπτου.
Η κοινή χρήση εργασιών μεταξύ πυρήνων καταναλώνει λιγότερη ενέργεια. Αυτό κάνει την μπαταρία να διαρκεί περισσότερο χωρίς να επιβραδύνει τις διαδικασίες.
Τα λειτουργικά συστήματα σε πραγματικό χρόνο χειρίζονται τα συμβάντα αφής με υψηλή προτεραιότητα. Αυτό διασφαλίζει ότι οι απαντήσεις είναι γρήγορες και προβλέψιμες.
Επιλέξτε έναν πολυπύρηνο επεξεργαστή που ταιριάζει στις ανάγκες σας. Σκεφτείτε τα όρια σε πραγματικό χρόνο, τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας και τη θερμότητα.
Πολυπύρηνοι επεξεργαστές σε σχεδιασμό οθονών αφής
Ορισμός Πολυπύρηνης Αρχιτεκτονικής για Εφαρμογές Αφής
Ένας πολυπύρηνος επεξεργαστής τοποθετεί δύο ή περισσότερες ανεξάρτητες μονάδες επεξεργασίας σε ένα τσιπ. Κάθε μονάδα, που ονομάζεται πυρήνας, μπορεί να εκτελεί εντολές από μόνη της. Αυτό διαφέρει από μια CPU ενός πυρήνα που εκτελεί κάθε εργασία τη μία μετά την άλλη.
Ένας πολυπύρηνος επεξεργαστής είναι μια CPU που έχει δύο ή περισσότερους ανεξάρτητους πυρήνες σε ένα τσιπ.
Για εφαρμογές με οθόνη αφής, αυτή η ρύθμιση έχει σημασία, επειδή διαφορετικές εργασίες απαιτούν διαφορετικούς πόρους. Η δειγματοληψία αφής, η αναγνώριση χειρονομιών και η απόδοση του UI χρειάζονται τη δική τους προσοχή. Ένας σχεδιασμός πολλαπλών πυρήνων σάς επιτρέπει να αναθέτετε αυτές τις εργασίες σε ξεχωριστούς πυρήνες. Αποφεύγετε την επιβράδυνση που συμβαίνει όταν ένας επεξεργαστής χειρίζεται τα πάντα ταυτόχρονα.
Η κύρια ιδέα είναι ο διαχωρισμός εργασιών. Όταν δίνετε σε έναν πυρήνα την διαχείριση εισόδου και σε έναν άλλο πυρήνα την εμφάνιση ενημερώσεων, καμία εργασία δεν περιμένει την άλλη. Αυτός ο διαχωρισμός βελτιώνει την αποτελεσματικότητα και μειώνει την ορατή καθυστέρηση.
Παράλληλη Επεξεργασία για Απόκριση Αφής
Παράλληλη επεξεργασία σημαίνει ότι πολλαπλοί πυρήνες εργάζονται ταυτόχρονα σε διαφορετικές εργασίες. Σκεφτείτε μια πλατφόρμα επεξεργαστή διπλού ARM που έχει κατασκευαστεί για εργαλεία μέτρησης:
Ένας επεξεργαστής (slave ARM) χειρίζεται τα συμβάντα της οθόνης, την είσοδο με άγγιγμα/κουμπί και τη σχεδίαση του UI.
Ο άλλος επεξεργαστής (κύριος ARM) εστιάζει μόνο σε βασικές εργασίες μέτρησης.
Ο κύριος ARM πραγματοποιεί δειγματοληψία υψηλής ταχύτητας στα 100kS/s χωρίς διακοπή.
Ο υποτελής ARM εκτελεί την γραφική απεικόνιση μόνος του, επομένως η σχεδίαση καμπυλών παραμένει ομαλή.
Αυτός ο διαχωρισμός σταματά τις διαμάχες μεταξύ των πόρων. Σε ένα σύστημα ενός ARM, οι χρόνοι δειγματοληψίας αυξάνονται και τα δεδομένα χάνονται επειδή ο επεξεργαστής πρέπει να εναλλάσσεται μεταξύ εργασιών. Με τους επεξεργαστές πολλαπλών πυρήνων, αυτό το πρόβλημα εξαλείφεται.
Το αποτέλεσμα είναι χαμηλότερη καθυστέρηση απόκρισης συστήματος. Η οθόνη αφής σας δίνει άμεση αίσθηση, επειδή η οθόνη δεν καταβάλλει ποτέ προσπάθειες μέτρησης για υπολογιστική ισχύ. Αυτή η ρύθμιση υποστηρίζει επίσης πολλαπλούς πυρήνες για διαφορετικές εργασίες, παρέχοντάς σας ευελιξία σχεδιασμού.
Για τους μηχανικούς, αυτό σημαίνει ότι μπορείτε να επιλέξετε επεξεργαστές με βάση τις ακριβείς ανάγκες σας. Ορισμένα σχέδια χρειάζονται δύο πυρήνες. άλλα λειτουργούν καλύτερα με τέσσερις ή περισσότερους. Η προσέγγιση πολλαπλών πυρήνων εξελίσσεται ανάλογα με τις ανάγκες σας, είτε κατασκευάζετε ένα απλό περίπτερο είτε ένα σύνθετο βιομηχανικό HMI.
Η αύξηση της ταχύτητας είναι σαφής όταν συγκρίνετε τους χρόνους απόκρισης. Ένας μονοπύρηνος επεξεργαστής πρέπει να ολοκληρώσει μια εργασία πριν ξεκινήσει μια άλλη. Ένας πολυπύρηνος επεξεργαστής κάνει και τις δύο ταυτόχρονα, μειώνοντας σημαντικά την ορατή καθυστέρηση.
Βασικά πλεονεκτήματα των πολυπύρηνων επεξεργαστών
Μείωση της καθυστέρησης εισόδου μέσω της κατανομής πυρήνα
Όταν δίνετε αποκλειστικούς πυρήνες σε συγκεκριμένες εργασίες οθόνης αφής, εξαλείφετε το πρόβλημα συμφόρησης που προκαλεί καθυστέρηση εισόδου. Ένα σύστημα ενός πυρήνα πρέπει να χειρίζεται τη δειγματοληψία αφής, την αποκωδικοποίηση χειρονομιών και τις ενημερώσεις οθόνης τη μία μετά την άλλη. Κάθε διακόπτης εργασίας προσθέτει αρκετά χιλιοστά του δευτερολέπτου επιβάρυνσης. Με σχεδιασμό πολλαπλών πυρήνων, εκχωρείτε έναν πυρήνα αποκλειστικά στην επεξεργασία εισόδου αφής. Ένας άλλος πυρήνας χειρίζεται την ανανέωση της οθόνης. Ένας τρίτος πυρήνας διαχειρίζεται λειτουργίες στο παρασκήνιο, όπως η επικοινωνία δικτύου ή η καταγραφή δεδομένων.
Αυτοί οι επεξεργαστές συνδυάζουν λειτουργίες σε ένα μόνο τσιπ. Μειώνετε τον αριθμό των ενσωματωμένων υπολογιστών. Ο κατάλογος των υλικών μειώνεται. Ο σχεδιασμός σας κλιμακώνεται εύκολα σε όλα τα επίπεδα προϊόντων. Η αρχιτεκτονική επεξεργαστή πολλαπλών πυρήνων παρέχει επίσης απομόνωση εργασιών. Η επεξεργασία αφής στον δικό της αποκλειστικό πυρήνα δεν ανταγωνίζεται ποτέ τις εργασίες οθόνης για τον υπολογιστικό χρόνο. Η απομόνωση επαναφοράς λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο. Εάν ένας πυρήνας καταρρεύσει, οι άλλοι πυρήνες συνεχίζουν να λειτουργούν. Η οθόνη αφής σας παραμένει ευαίσθητη ακόμη και σε περίπτωση μερικής βλάβης. Αυτή η αξιοπιστία έχει σημασία για κρίσιμες εφαρμογές όπως τα συστήματα ενημέρωσης και ψυχαγωγίας αυτοκινήτων.
Η κατανομή πυρήνων βελτιώνει επίσης την προβλεψιμότητα της καθυστέρησης. Ορίζετε προτεραιότητες διακοπών σε κάθε πυρήνα. Τα συμβάντα αφής υψηλής προτεραιότητας λαμβάνουν άμεση προσοχή χωρίς να περιμένουν να ολοκληρωθεί ένα καρέ. Ο πυρήνας απόδοσης οθόνης λειτουργεί με σταθερό ρυθμό. Δεν κλέβει ποτέ κύκλους από τον πυρήνα εισόδου. Αυτή η στρατηγική πολλαπλών πυρήνων παρέχει έναν συνεπή χρόνο απόκρισης κάτω των 50 χιλιοστών του δευτερολέπτου που πληροί τις βιομηχανικές απαιτήσεις HMI. Οι χρήστες σας δεν αισθάνονται ποτέ καθυστέρηση μεταξύ αφής και οπτικής ανατροφοδότησης.
Ενεργειακή Απόδοση σε Οθόνες Αφής για Κινητές Συσκευές
Η κατανομή των φόρτων εργασίας σε πολλαπλούς πυρήνες σάς επιτρέπει να εκτελείτε κάθε πυρήνα σε χαμηλότερη συχνότητα. Ένας επεξεργαστής ενός πυρήνα θα χρειαζόταν υψηλή συχνότητα για να χειριστεί όλες τις εργασίες. Αυτή η υψηλή συχνότητα παράγει περισσότερη θερμότητα και εξαντλεί την μπαταρία πιο γρήγορα. Η ισχύς κλιμακώνεται με το τετράγωνο της τάσης. Η χαμηλότερη συχνότητα επιτρέπει χαμηλότερη τάση, η οποία μειώνει σημαντικά την κατανάλωση ενέργειας. Ένα σύστημα πολλαπλών πυρήνων κατανέμει την ίδια συνολική εργασία σε διάφορους πυρήνες. Κάθε πυρήνας λειτουργεί με μέτρια ταχύτητα. Αυτή η ρύθμιση μειώνει σημαντικά τη συνολική κατανάλωση ενέργειας.
Σκεφτείτε μια κινητή συσκευή. Ένας πυρήνας επεξεργάζεται χειρονομίες αφής. Ένας άλλος πυρήνας αποδίδει το περιβάλλον χρήστη. Ένας τρίτος πυρήνας χειρίζεται την ασύρματη επικοινωνία. Κάθε πυρήνας λειτουργεί σε χαμηλότερη συχνότητα από ό,τι θα χρειαζόταν μια εναλλακτική λύση με έναν πυρήνα. Η συνολική ενεργειακή απόδοση βελτιώνεται επειδή κάθε πυρήνας λειτουργεί στο πιο αποδοτικό εύρος τάσης. Το αποτέλεσμα είναι μεγαλύτερη διάρκεια ζωής της μπαταρίας χωρίς να θυσιάζεται η εμπειρία του χρήστη.
Η παραγωγή θερμότητας μειώνεται επίσης με αυτήν την αρχιτεκτονική. Ένας μόνο πυρήνας υψηλής συχνότητας δημιουργεί ένα συγκεντρωμένο θερμό σημείο στο τσιπ. Αυτό το θερμό σημείο αναγκάζει το σύστημα να περιορίσει την απόδοση ή να ενεργοποιήσει την ενεργή ψύξη. Ένας σχεδιασμός πολλαπλών πυρήνων κατανέμει το θερμικό φορτίο σε όλη την μήτρα. Κάθε πυρήνας παράγει λιγότερη θερμότητα. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε παθητική ψύξη και να διατηρήσετε τη συσκευή λεπτή και αθόρυβη. Αυτό έχει σημασία για εφαρμογές για κινητά όπου η διάρκεια ζωής της μπαταρίας, η θερμοκρασία επιφάνειας και ο συντελεστής μορφής αποτελούν κρίσιμους περιορισμούς.
Η προσέγγιση πολλαπλών πυρήνων υποστηρίζει επίσης δυναμική κλιμάκωση τάσης και συχνότητας. Μπορείτε να απενεργοποιήσετε εντελώς τους αχρησιμοποίητους πυρήνες. Όταν η οθόνη αφής είναι αδρανής, μόνο ένας πυρήνας χαμηλής κατανάλωσης παραμένει ενεργός. Οι άλλοι απενεργοποιούνται, εξοικονομώντας ενέργεια. Αυτός ο λεπτομερής έλεγχος προσφέρει καλύτερη απόδοση από έναν σχεδιασμό ενός πυρήνα. Ένας επεξεργαστής πολλαπλών πυρήνων σάς δίνει ευελιξία να εξισορροπείτε την ισχύ και την απόδοση κατ' απαίτηση. Πολλές ενσωματωμένες εφαρμογές χρησιμοποιούν πλέον επεξεργαστές πολλαπλών πυρήνων για αυτά ακριβώς τα οφέλη. Ο σχεδιασμός του επεξεργαστή μειώνει επίσης το συνολικό φορτίο της CPU κατά τη διάρκεια της μέγιστης λειτουργίας.
Για συσκευές που τροφοδοτούνται με μπαταρία, αυτή η απόδοση μεταφράζεται σε μεγαλύτερο χρόνο λειτουργίας. Ένα smartphone με πολυπύρηνο επεξεργαστή μπορεί να διαρκέσει μια ολόκληρη ημέρα. Ένα βιομηχανικό tablet με πολυπύρηνο σχεδιασμό μπορεί να λειτουργήσει για μια ολόκληρη βάρδια χωρίς επαναφόρτιση. Η εξοικονόμηση ενέργειας μειώνει τις απαιτήσεις ψύξης, γεγονός που μειώνει το κόστος του συστήματος και παρατείνει τη διάρκεια ζωής των εξαρτημάτων. Αυτά τα οφέλη καθιστούν την πολυπύρηνη αρχιτεκτονική την προτιμώμενη επιλογή για τις σύγχρονες συσκευές αφής.
Απόδοση επεξεργαστή πολλαπλών πυρήνων έναντι ενός πυρήνα
Χειρισμός συνεχών ροών εισόδου και διακοπών
Ένας μονοπύρηνος επεξεργαστής εκτελεί εργασίες στην οθόνη αφής μία προς μία. Λαμβάνει δείγματα από την αφή, διαβάζει την χειρονομία και μετά σχεδιάζει το καρέ. Κάθε βήμα περιμένει το προηγούμενο. Αυτή η ροή βήμα προς βήμα προκαλεί καθυστερήσεις όταν συνεχίζονται οι εισερχόμενες εντολές. Ένας χρήστης σύρει ένα ρυθμιστικό και η οθόνη υστερεί σε σχέση με το δάχτυλο. Ο επεξεργαστής δεν μπορεί να συμβαδίσει επειδή πρέπει να εναλλάσσεται συνεχώς μεταξύ εργασιών.
Ένας πολυπύρηνος επεξεργαστής εκτελεί τις ίδιες εργασίες ταυτόχρονα. Ένας πυρήνας λαμβάνει δείγματα από τον ελεγκτή αφής με σταθερό ρυθμό. Ένας άλλος πυρήνας διαβάζει το μοτίβο χειρονομιών. Ένας τρίτος πυρήνας σχεδιάζει το νέο καρέ. Η είσοδος δεν περιμένει ποτέ να ολοκληρωθεί η σχεδίαση. Αυτή η παράλληλη μέθοδος αφαιρεί το μπλοκάρισμα που προκαλεί ορατή καθυστέρηση. Έχετε σταθερούς χρόνους απόκρισης ακόμα και όταν το σύστημα είναι απασχολημένο.
Αλλά ο σχεδιασμός πολλαπλών πυρήνων φέρνει τα δικά του προβλήματα, που ονομάζονται προβλήματα mcp. Η συνοχή της προσωρινής μνήμης σημαίνει ότι όλοι οι πυρήνες πρέπει να βλέπουν τα ίδια δεδομένα. Εάν ένας πυρήνας αλλάξει ένα σημείο επαφής, ένας άλλος πυρήνας πρέπει να δει αυτήν την αλλαγή αμέσως. Η επικοινωνία μεταξύ των πυρήνων προσθέτει επιπλέον εργασία. Οι πυρήνες πρέπει να στέλνουν μηνύματα μέσω κοινόχρηστης μνήμης ή ειδικών καναλιών. Η εξισορρόπηση φορτίου έχει επίσης σημασία. Εάν ένας πυρήνας αναλαμβάνει πάρα πολλές εργασίες, γίνεται σημείο συμφόρησης. Πρέπει να κατανέμετε προσεκτικά την εργασία για να διατηρείτε όλους τους πυρήνες απασχολημένους χωρίς να υπερφορτώνετε κανέναν πυρήνα.
Πραγματικές περιπτώσεις χρήσης: Αυτοκινητοβιομηχανία και κινητά
Τα συστήματα ενημέρωσης και ψυχαγωγίας αυτοκινήτων καταδεικνύουν την αξία του σχεδιασμού πολλαπλών πυρήνων. Ένα σύγχρονο αυτοκίνητο διαθέτει πολλές οθόνες, τροφοδοσίες κάμερας και εισόδους αισθητήρων. Ένας πυρήνας χειρίζεται την οθόνη αφής. Ένας άλλος πυρήνας επεξεργάζεται δεδομένα κάμερας οπισθοπορείας. Ένας τρίτος πυρήνας διαχειρίζεται την πλοήγηση και τον ήχο. Αυτές οι εργασίες εκτελούνται ταυτόχρονα χωρίς να εμποδίζουν η μία την άλλη. Ο οδηγός λαμβάνει άμεση απόκριση αφής, ενώ το σύστημα χειρίζεται σύνθετες ροές δεδομένων. Η αξιοπιστία βελτιώνεται επειδή μια βλάβη σε έναν πυρήνα δεν καταρρέει ολόκληρο το σύστημα.
Τα κινητά τηλέφωνα εξισορροπούν την ταχύτητα με τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας χρησιμοποιώντας την ίδια μέθοδο. Ένας πολυπύρηνος επεξεργαστής δίνει στην επεξεργασία αφής τον δικό της πυρήνα. Άλλοι πυρήνες χειρίζονται εργασίες στο παρασκήνιο ή απενεργοποιούνται εντελώς. Τα κέρδη στην απόδοση είναι σαφή. Οι επεξεργαστές για κινητά προσφέρουν έως και 172% περισσότερη απόδοση CPU ανά watt . Η απόδοση γραφικών βελτιώνεται έως και 212% ανά watt. Τα κέρδη στην οπτική απόδοση φτάνουν το 132% ανά watt. Η απόδοση παραγωγικότητας βελτιώνεται έως και 127% ανά watt. Η αναπαραγωγή βίντεο HD γίνεται 51% πιο ενεργειακά αποδοτική.
Μετρική Ανταπόκρισης | Μέτρηση Απόδοσης Μπαταρίας |
|---|---|
Έως και 172% περισσότερη απόδοση CPU ανά watt | Διάρκεια μπαταρίας έως και 12 ώρες σε κατάσταση ηρεμίας |
Έως και 212% καλύτερη απόδοση γραφικών ανά watt | Έως και 45% μεγαλύτερη διάρκεια ζωής μπαταρίας σε σύγκριση με τον ανταγωνισμό |
Έως και 132% καλύτερη οπτική απόδοση ανά watt | Έως και 25% καλύτερη ενεργειακή απόδοση από την προηγούμενη γενιά |
Έως και 127% καλύτερη απόδοση παραγωγικότητας ανά watt | Διάρκεια μπαταρίας σε αδράνεια έως και 11 ώρες |
Έως και 51% μεγαλύτερη ενεργειακή απόδοση στην αναπαραγωγή βίντεο HD | Διάρκεια μπαταρίας έως και 13 ώρες σε κατάσταση ηρεμίας |
Αυτοί οι αριθμοί δείχνουν τα οφέλη από την αποδοτικότητα που προσφέρει ο σχεδιασμός πολλαπλών πυρήνων. Λαμβάνετε ταχύτερη απόκριση χωρίς να χάνετε χρόνο ζωής μπαταρίας. Ο επεξεργαστής λειτουργεί κάθε πυρήνα με χαμηλότερη ταχύτητα, μειώνοντας την κατανάλωση ενέργειας. Αυτή η ενεργειακή απόδοση παρατείνει τον χρόνο χρήσης της συσκευής. Ένα smartphone διαρκεί για μια ολόκληρη ημέρα έντονης χρήσης. Ένα σύστημα αυτοκινήτου λειτουργεί αξιόπιστα σε δύσκολες συνθήκες. Οι επεξεργαστές πολλαπλών πυρήνων προσφέρουν ταχύτητα και αποδοτικότητα που τα σχέδια ενός πυρήνα δεν μπορούν να συγκριθούν. Οι εφαρμογές σας επωφελούνται από αυτήν την ισορροπημένη προσέγγιση στην απόδοση και την ισχύ.
Σκέψεις σχεδιασμού για συστήματα πολλαπλών πυρήνων με οθόνες αφής
Βασικές Στρατηγικές Κατανομής και Διαμέριση Εργασιών
Πρέπει να διαχωρίσετε προσεκτικά τις εργασίες της οθόνης αφής σε όλους τους πυρήνες. Μια καλή στρατηγική πολλαπλών πυρήνων αφιερώνει έναν πυρήνα στην επεξεργασία εισόδου αφής. Ένας άλλος πυρήνας χειρίζεται την απόδοση του UI. Ένας τρίτος πυρήνας διαχειρίζεται λειτουργίες στο παρασκήνιο, όπως η επικοινωνία δικτύου ή η καταγραφή δεδομένων. Αυτό το διαμέρισμα αποτρέπει τις συγκρούσεις πόρων. Διατηρεί χαμηλούς χρόνους απόκρισης. Ο σχεδιασμός σας πρέπει να εξισορροπεί το φόρτο εργασίας σε όλο το σύστημα.
Σκεφτείτε ένα τυπικό σύστημα οθόνης αφής. Ο ελεγκτής αφής στέλνει δεδομένα με σταθερό ρυθμό. Ο πυρήνας εισόδου σας διαβάζει αυτά τα δεδομένα σε κάθε καρέ. Επεξεργάζεται τα ακατέργαστα σημεία αφής. Φιλτράρει τον θόρυβο. Παρακολουθεί την κίνηση των δακτύλων. Ο πυρήνας απόδοσης λαμβάνει τα αποτελέσματα και σχεδιάζει τη νέα οθόνη. Ο πυρήνας φόντου χειρίζεται το WiFi, το Bluetooth ή την αποθήκευση δεδομένων. Κάθε πυρήνας έχει μια σαφή εργασία. Κανένας πυρήνας δεν περιμένει τον άλλον.
Η κακή κατανομή πυρήνων δημιουργεί προβλήματα σε ένα σύστημα πολλαπλών πυρήνων. Οι κοινόχρηστοι πόροι υλικού προκαλούν παρεμβολές μεταξύ των πυρήνων. Αυτοί οι πόροι περιλαμβάνουν διαύλους μνήμης, προσωρινές μνήμες και ελεγκτές μνήμης. Όταν δύο πυρήνες έχουν πρόσβαση στον ίδιο πόρο ταυτόχρονα, ο ένας πυρήνας πρέπει να περιμένει. Αυτή η παρεμβολή δεν προκαλεί μικρές καθυστερήσεις. Διευρύνει την κατανομή του χρόνου εκτέλεσης. Λαμβάνετε ένα απρόβλεπτο μοτίβο με μεγάλη ουρά. Οι εργασίες που θα έπρεπε να ολοκληρωθούν γρήγορα μπορεί να διαρκέσουν πολύ περισσότερο. Η διαμέριση λογισμικού δεν μπορεί να διορθώσει πλήρως αυτό. Οι περισσότεροι HSR δεν επιτρέπουν την καθαρή διαμέριση. Κατανέμονται μόνο όταν μια εργασία έχει πρόσβαση σε αυτούς. Δεν μπορείτε να περιορίσετε ένα διαμέρισμα λογισμικού στους HSR που του έχουν εκχωρηθεί. Το αποτέλεσμα είναι μη ντετερμινιστική συμπεριφορά. Οι κρίσιμες εργασίες ενδέχεται να μην ολοκληρωθούν εντός αυστηρών χρονικών περιορισμών.
Η άνιση κατανομή του φόρτου εργασίας βλάπτει επίσης την απόδοση. Ορισμένες εργασίες εκτελούνται πολύ γρήγορα. Άλλες εργασίες απαιτούν σημαντικό χρόνο. Οι γρήγορες εργασίες αφιερώνουν χρόνο σε αναμονή για μεγάλες εργασίες. Οι υπολογιστικοί πόροι παραμένουν αδρανείς. Η κλιμάκωση της απόδοσης υποφέρει. Το σύστημα αφής πολλαπλών πυρήνων χάνει την ανταπόκριση. Πρέπει να δημιουργήσετε προφίλ για την εφαρμογή σας. Πρέπει να γνωρίζετε πόσο χρόνο διαρκεί κάθε εργασία. Στη συνέχεια, μπορείτε να αναθέσετε εργασίες σε πυρήνες με ισορροπημένο τρόπο.
Στόχος σας είναι η εξισορρόπηση του φόρτου εργασίας. Κάθε πυρήνας θα πρέπει να έχει μια σαφή εργασία. Κανένας πυρήνας δεν πρέπει να περιμένει έναν άλλον. Αυτή η ισορροπία βελτιώνει την αποδοτικότητα και την αξιοπιστία. Πολλές εφαρμογές επωφελούνται από αυτήν την προσέγγιση πολλαπλών πυρήνων. Μπορείτε να επιλέξετε μεταξύ αρχιτεκτονικών 32-bit και 64-bit. Ένας επεξεργαστής πολλαπλών πυρήνων με τέσσερις ή περισσότερες μονάδες επεξεργασίας λειτουργεί καλά για ενσύρματες και ασύρματες επικοινωνίες.
Υποστήριξη Λειτουργικού Συστήματος και Προγραμματισμός σε Πραγματικό Χρόνο
Η επιλογή του επεξεργαστή σας επηρεάζει την απόδοση του συστήματος. Το λειτουργικό σύστημα έχει επίσης σημασία. Οι χρονοπρογραμματιστές γενικής χρήσης βελτιστοποιούν την απόδοση και τη δικαιοσύνη. Δημιουργούν απρόβλεπτο χρονισμό για συμβάντα αφής σε έναν πολυπύρηνο επεξεργαστή. Μπορεί να συμβεί αντιστροφή προτεραιότητας χρονοπρογραμματιστή. Το νήμα συμβάντων αφής σας καθυστερεί πίσω από εργασίες παρασκηνίου. Οι χρόνοι απόκρισης γίνονται μεταβλητοί. Μια εργασία χαμηλής προτεραιότητας μπορεί να έχει κλείδωμα. Ένα νήμα αφής υψηλής προτεραιότητας χρειάζεται αυτό το κλείδωμα. Το νήμα υψηλής προτεραιότητας μπλοκάρεται. Η καθυστέρηση αυξάνεται.
Χρειάζεστε ένα λειτουργικό σύστημα με ντετερμινιστικό προγραμματισμό. Τα λειτουργικά συστήματα πραγματικού χρόνου λύνουν αυτό το πρόβλημα. Ένα RTOS χρησιμοποιεί προληπτικό προγραμματισμό βάσει προτεραιότητας . Ένας χειριστής συμβάντων αφής υψηλής προτεραιότητας μπορεί να διακόψει αμέσως την εργασία χαμηλότερης προτεραιότητας. Το συμβάν υποβάλλεται σε επεξεργασία εντός οριοθετημένου χρόνου. Η καθυστέρηση διακοπής παραμένει γρήγορη και προβλέψιμη. Ένα λειτουργικό σύστημα γενικής χρήσης μπορεί να έχει απεριόριστες καθυστερήσεις χειρισμού διακοπών. Ο πυρήνας RTOS εγγυάται ότι ο χειριστής αφής σας εκτελείται εντός ενός καθορισμένου χρονικού παραθύρου. Αυτή η εγγύηση προέρχεται από τη σχεδίαση του χρονοπρογραμματιστή. Ο χρονοπρογραμματιστής επιλέγει πάντα την εργασία που είναι έτοιμη με την υψηλότερη προτεραιότητα. Ο χειριστής αφής σας έχει την υψηλότερη προτεραιότητα. Δεν περιμένει ποτέ για εργασία στο παρασκήνιο.
Η θωράκιση της CPU βοηθάει επίσης. Αφιερώνετε έναν πυρήνα επεξεργαστή πολλαπλών πυρήνων αποκλειστικά σε χρονικά κρίσιμη επεξεργασία αφής. Τον απομονώνετε από τους δαίμονες του πυρήνα και διακόπτετε τα κάτω μισά. Αυτό εμποδίζει την κλοπή κύκλων από τη δραστηριότητα του λειτουργικού συστήματος στο παρασκήνιο. Ο χρονισμός συμβάντων αφής γίνεται ντετερμινιστικός. Η αρχιτεκτονική του επεξεργαστή που επιλέγετε πρέπει να υποστηρίζει αυτούς τους στόχους. Πολλοί σύγχρονοι επεξεργαστές σάς επιτρέπουν να ορίσετε τη συνάφεια της CPU. Καρφιτσώνετε τον χειριστή αφής σας σε έναν συγκεκριμένο πυρήνα. Άλλες διεργασίες δεν μπορούν να εκτελεστούν σε αυτόν τον πυρήνα. Το αποτέλεσμα είναι συνεπής απόκριση χαμηλής καθυστέρησης.
Αυτές οι παράμετροι έχουν σημασία για εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο. Το σύστημα ψυχαγωγίας και ενημέρωσης αυτοκινήτου σας χρειάζεται αξιόπιστη απόκριση αφής. Η κινητή συσκευή σας χρειάζεται σταθερή απόδοση. Δώστε προσοχή σε ζητήματα mcp, όπως η συνοχή της προσωρινής μνήμης και η επικοινωνία μεταξύ πυρήνων. Ένα καλά σχεδιασμένο σύστημα πολλαπλών πυρήνων προσφέρει την απόκριση που περιμένουν οι χρήστες. Οι επεξεργαστές πολλαπλών πυρήνων σάς δίνουν την ευελιξία να εξισορροπήσετε όλους αυτούς τους παράγοντες για το σχεδιασμό σας.
Οι πολυπύρηνοι επεξεργαστές μεταμορφώνουν τις οθόνες αφής μέσω έξυπνης διαχείρισης πόρων, όχι μόνο της ακατέργαστης ταχύτητας. Αποκτάτε μειωμένη καθυστέρηση, χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας και ομαλότερη εκτέλεση πολλαπλών εργασιών σε όλους τους στόχους σχεδιασμού σας.
Οι σύγχρονες επιλογές καταδεικνύουν αυτήν την εξέλιξη:
Οι επεξεργαστές Intel Atom® x7000RE προσφέρουν έως και τέσσερις πυρήνες για εφαρμογές παράλληλης ακμής.
Οι επεξεργαστές Arm® διαθέτουν έξι πυρήνες, εξισορροπώντας την απόδοση με την αποδοτικότητα για λύσεις HMI που βασίζονται σε Linux®.
Αξιολογήστε τους περιορισμούς σε πραγματικό χρόνο, τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας και τα θερμικά όρια πριν επιλέξετε αρχιτεκτονικές. Οι συγκεκριμένες απαιτήσεις σας καθορίζουν εάν η αρχιτεκτονική πολλαπλών πυρήνων ή η αρχιτεκτονική ενός πυρήνα ταιριάζει καλύτερα.
Οι αναδυόμενες τεχνολογίες, όπως η απτική τεχνολογία και οι πτυσσόμενες οθόνες, θα απαιτούν ακόμη μεγαλύτερη παράλληλη επεξεργασία. Ο σχεδιασμός πολλαπλών πυρήνων σας τοποθετεί μπροστά από αυτές τις εξελίξεις, έτοιμους για εμπειρίες οθόνης αφής επόμενης γενιάς.
Συχνές Ερωτήσεις
Πώς μειώνει ένας σχεδιασμός πολλαπλών πυρήνων την καθυστέρηση της οθόνης αφής;
Ένας σχεδιασμός πολλαπλών πυρήνων αντιστοιχίζει την είσοδο αφής σε έναν πυρήνα. Ένας άλλος πυρήνας χειρίζεται την απόδοση της οθόνης. Ο επεξεργαστής σας δεν εναλλάσσεται πλέον μεταξύ εργασιών. Αυτές οι εργασίες εκτελούνται παράλληλα. Εξαλείφετε το διαδοχικό σημείο συμφόρησης. Η συνολική καθυστέρηση παραμένει κάτω από 50 χιλιοστά του δευτερολέπτου.
Ποιος είναι ο ρόλος της κατανομής πυρήνων στην ενεργειακή απόδοση;
Σε ένα σύστημα πολλαπλών πυρήνων, κατανέμετε τα φόρτα εργασίας σε όλους τους πυρήνες. Κάθε πυρήνας λειτουργεί σε χαμηλότερη συχνότητα. Η χαμηλότερη συχνότητα μειώνει την τάση. Αυτή η προσέγγιση παρατείνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας χωρίς να θυσιάζει την απόδοση.
Ποιες προκλήσεις συνοδεύουν μια αρχιτεκτονική πολλαπλών πυρήνων;
Η συνοχή της προσωρινής μνήμης, η επικοινωνία μεταξύ των πυρήνων και η εξισορρόπηση φορτίου μπορούν να προκαλέσουν προβλήματα. Ένας πυρήνας πρέπει να δει τις αλλαγές που γίνονται από έναν άλλο πυρήνα. Χωρίς προσεκτικό σχεδιασμό, οι χρόνοι απόκρισης γίνονται απρόβλεπτοι.
Πώς υποστηρίζει ένα RTOS συστήματα με οθόνη αφής πολλαπλών πυρήνων;
Ένα λειτουργικό σύστημα πραγματικού χρόνου χρησιμοποιεί προγραμματισμό βάσει προτεραιότητας. Ο χειριστής αφής σας έχει την υψηλότερη προτεραιότητα. Προλαμβάνει εργασίες χαμηλότερης προτεραιότητας. Αυτό εγγυάται περιορισμένους χρόνους απόκρισης για κάθε συμβάν αφής.
Τι πρέπει να προσέξετε όταν επιλέγετε έναν πολυπύρηνο επεξεργαστή;
Αξιολογήστε τους περιορισμούς σε πραγματικό χρόνο, τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας και τα θερμικά όρια. Ένας πολυπύρηνος επεξεργαστής με αποκλειστικούς πυρήνες για επεξεργασία αφής προσφέρει την καλύτερη απόκριση. Πολλές σύγχρονες εφαρμογές χρησιμοποιούν πολυπύρηνους επεξεργαστές για την αποτελεσματικότητά τους.
