CEVA：全方位采用物联网装置的基础

满足高效率DSP效能和即时功能支持需求的途径…

物联网(IoT)装置和系统成功的关键是能够在需要的地方部署装置，并且能够以最少的干预立即连接到核心网络。对于交通运输、工业控制、农业以及消费领域的无数应用来说，具备与云端通讯的能力以理解本地传感器读数是至关重要的。实现这一目标的一种无线技术关键是：蜂巢(cellular)技术。

需要蜂巢技术提供连网灵活性的系统范例包括资产追踪器。公共运输车辆已能使用GPS功能追踪系统，并向中央控制器回报其位置，让营运商能即时告知旅客下一班车将何时到达。灵活、低成本连接能力的可用性还能将定位追踪扩展到更多的设备。例如，建筑计划延误的常见原因在于设备不在正确的地方。机器设备上具有存取至蜂巢式连网的传感器节点，可以在每次移动时报告其位置，而无需拥有者部署自己的专用无线网路，或担心设备将超出覆盖范围。

持续的连线能力

无线营运商和3GPP标准化组织开始拥抱持续连网的愿景。他们加快了计划，不仅为即将到来的5G网络赋予IoT能力，同时还借助去年由3GPP批准的Cat-M1 (eMTC)和Cat-NB1 (NB-IoT) LTE等新类别，为通用的低功耗无线网路提供了垫脚石。

聚焦IoT的蜂巢式标准旨在支持以电池供电的传感器以及间歇传送少量数据的装置需求。这些协定使得维持长时间连线成为可能，而不至于强制装置定期回应基地台。诸如此类的变革也将能源消耗降至最低。但是，唯有在装置整合商能够让整个设计有效利用低功耗处理能力，才能充份发挥这些新协定的全部优势。

对于IoT装置的四个要求正变得至关重要。感知和连接能力已经成为IoT装置核心功能的关键。使用GPS感知位置的能力通常与基于无线通讯的三角测量结合使用，这对于安装在车辆中的装置甚至是驻留在固定位置的节点而言非常重要。

例如，在农业应用中，多个传感器可能分散在各农田中，用于监测环境状况，从而支持易于干旱地区灌溉的有效利用。通过GPS接收使传感器感知位置，则不需要再手动编码其位置。而且，还可以在装置被意外或恶意移动时进行报告。

针对缺少可呈现最小触控介面的表面区域，基于语音的使用者介面提供了在本地询问和控制IoT装置的能力。家中的系统已经证明了本地语音侦测以及预处理演算法结合云端语音辨识的效益，这有助于从IoT装置卸载大部份运算密集型的功能。语音侦测功能在工业领域中同样重要，当维修技术人员在附近时，即使隐藏在其他机器后面，传感器也会回应语音指令。

智能手表等类似设计由于包括语音介面以及内建蜂巢通讯，能够执行并支持使用者的指令，而无需连接到智能手机。这使得智能手表在医疗保健和健身应用方面更具有可用性，让使用者能完全存取穿戴式装置的功能，而无需携带较大的电子装置。

混合功能

多种功能的组合带来对于高效率的高数字信号处理(DSP)效能的要求，同时也需要具备执行控制密集型程式码以支持即时功能的能力。这种功能组合的传统方法是为每一种功能使用专用处理器。但是，由于需要在两个或多个处理器核心之间同时传递数据，因此会提高芯片成本且增加功耗。同步执行绪的需要通常可能导致核心闲置，而另一个执行绪则完成其任务，这增加了由于泄漏而导致的能量损耗量。均衡控制和信号处理工作负载的单核心解决方案为精细电源管理提供了机会，并提高了效率。

例如，CEVA-X1处理器核心的设计，架构师密切关注IoT装置的需求。其解决方案是将处理器架构和C编译器整合在一起，透过具有可变长度指令编码的超长指令字(VLIW)单指令多数据(SIMD)串流架构，实现出色的C程式码生成效能和紧密度。CEVA-X1采用四向VLIW架构，但是将其与一个高度响应即时控制演算法和蜂巢式协定中发现的分支密集型程式码指令流水线相结合。当执行瞄准控制型应用的EEMBC CoreMark基准测试时，CEVA-X1的得分为3.6CoreMark/MHz，可为专门设计用于此目的的处理器核心提供类似的效率。

但是，借助可平行执行两个16×16位元计算的乘法累加引擎，以及具备平行执行多达四条指令的能力，CEVA-X1提供先进信号处理所需的丰富指令集和流水线传输效率。为了帮助减少程式码大小，常用的指令可以使用紧凑的16位元编码。位元组等级寻址允许存储器中数据的节省空间排序。

诸如CEVA-X1等IoT处理器还可建置长达十个阶段的可变长度流水线，以支持更灵活的处理。当处理器执行更复杂的DSP指令时，将部署完整的十个阶段。这提供了一个更加灵敏地响应程式码的流水线，借助分支密集多执行分散了DSP密集型部份。

为了减少分支程式码的损失，CEVA-X1采用动态预测，并为许多指令中的预定执行提供支持，因此可以内联执行简单的if-then条件，避免中断指令流的可能性。

情境切换

在需要与传感器处理和语音侦测进行切换通讯的装置中，情境切换(context-switch)效能对于整体响应性与分支支持同等重要。CEVA-X1通过使用快速暂存器切换和包含多个堆叠指示器，以支持低延迟的情境切换。使用芯片上的资源在不同情境之间移动的这种能力，避免了在许多情况下强制暂存器内容进入主存储器的需要。完整的执行绪情境几乎可以立即储存和调用，提供了在任务之间快速切换并响应系统中不断变化条件的能力。

尽管CEVA-X1能够完全在软件中支持Cat-NB1协定，并执行传感器处理功能，但除了加密和关联性之外，Turbo和Viterbi处理的标准特定指令扩展可用于最佳化效能并降低功耗。包括协定堆叠和实体层(PHY)处理的完整Cat-NB1数据机可以同时在CEVA-X1上执行GPS和传感器融合程式码，时脉速度只有150MHz。

借助其对连接、控制和DSP的高效支持，诸如CEVA-X1等多用途的IoT处理器为快速发展的蜂巢式IoT装置市场提供了理想的基础，充份利用了几乎从任何地方都能连接到云端的能力。