平時(shí)所說的雙CPU系統(tǒng)，實(shí)際上是對稱多處理機(jī)系統(tǒng)中常見的一種，通常稱為2路對稱多處理，它在普通的商業(yè)、家庭應(yīng)用之中并沒有太多實(shí)際用途，但在制作，如3DMaxStudio、Photoshop等軟件應(yīng)用中獲得了非常良好的性能表現(xiàn)，是組建廉價(jià)工作站的良好伙伴。隨著用戶應(yīng)用水平的提高，只使用單個(gè)的處理器確實(shí)已經(jīng)很難滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，因而各服務(wù)器廠商紛紛通過采用對稱多處理系統(tǒng)來解決這一矛盾。在中國國內(nèi)市場上這類機(jī)型的處理器一般以4個(gè)或8個(gè)為主，有少數(shù)是16個(gè)處理器。但是一般來講，SMP結(jié)構(gòu)的機(jī)器可擴(kuò)展性較差，很難做到100個(gè)以上多處理器，常規(guī)的一般是8個(gè)到16個(gè)，不過這對于多數(shù)的用戶來說已經(jīng)夠用了。這種機(jī)器的好處在于它的使用方式和微機(jī)或工作站的區(qū)別不大，編程的變化相對來說比較小，原來用微機(jī)工作站編寫的程序如果要移植到SMP機(jī)器上使用，改動起來也相對比較容易。SMP結(jié)構(gòu)的機(jī)型可用性比較差。因?yàn)?個(gè)或8個(gè)處理器共享一個(gè)操作系統(tǒng)和一個(gè)存儲器，一旦操作系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，整個(gè)機(jī)器就完全癱瘓掉了。而且由于這個(gè)機(jī)器的可擴(kuò)展性較差，不容易保護(hù)用戶的投資。但是這類機(jī)型技術(shù)比較成熟，相應(yīng)的軟件也比較多，因此現(xiàn)在中國國內(nèi)市場上推出的并行機(jī)大量都是這一種。PC服務(wù)器中常見的對稱多處理系統(tǒng)通常采用2路、4路、6路或8路處理器。

　　圖 1：多重因素推動移動設(shè)備對 SMP 的需求不斷增長SMP 將推動移動應(yīng)用和設(shè)備不斷發(fā)展進(jìn)步，而這正是目前單核解決方案所無法實(shí)現(xiàn)的。SMP 能激活執(zhí)行任務(wù)所需的某個(gè)特定內(nèi)核或多個(gè)內(nèi)核，從而使 OEM 廠商能夠?qū)崿F(xiàn)高度可擴(kuò)展的性能與電源，充分滿足當(dāng)今業(yè)界的應(yīng)用以及未來潛在的創(chuàng)新應(yīng)用。無障礙 Web 瀏覽等大量新型應(yīng)用對移動設(shè)備提出了更高的峰值計(jì)算性能要求。我們固然可通過增加單核解決方案的尺寸來滿足性能需求，但若增加功耗則對移動設(shè)備來說是不可接受的。SMP 正是滿足此類需求的架構(gòu)技術(shù)。推動PC處理器不斷發(fā)展的挑戰(zhàn)也同樣推動移動手持終端轉(zhuǎn)向多內(nèi)核架構(gòu)。此外，在較大型的單內(nèi)核解決方案上實(shí)現(xiàn)更高性能會使成本和復(fù)雜性直線上升，從而因更復(fù)雜的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證過程終導(dǎo)致產(chǎn)品上市時(shí)間拖延。PC 市場是促進(jìn) SMP 技術(shù)推廣的催化劑，目前許多 PC 都內(nèi)置了雙核乃至四核處理器。ARM Ltd. 一直積極推動 SMP 技術(shù)向手持終端市場發(fā)展，并推出了 Cortex-A9 MPCore 架構(gòu)。只有根據(jù)不同的使用情況優(yōu)化功耗和性能，才能限度地延長電池工作時(shí)間并實(shí)現(xiàn)性能。SMP 使智能電話能夠集成 PC 以及傳統(tǒng)電話的功能，讓單部移動設(shè)備滿足用戶對功耗與性能的需求。ARM 目前在移動設(shè)備市場上占據(jù)主導(dǎo)地位，因而我們既需要支持傳統(tǒng)代碼，又需要支持功能豐富的工具。展望未來，SMP 將必須確保支持可實(shí)現(xiàn)正常工作的傳統(tǒng)代碼，同時(shí)還要節(jié)約功耗，提高性能。如果單內(nèi)內(nèi)核設(shè)備需要的高速緩存量為 N，那么多內(nèi)核設(shè)備保持良好性能所需的緩存量就應(yīng)為 4*N。此外，我們還要考慮數(shù)據(jù)一致性和系統(tǒng)存儲器一致性等其他存儲器設(shè)計(jì)問題，才能確保所有處理器都能在準(zhǔn)確時(shí)間存取當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)。ARM Cortex-A9 MPCore。

　　圖 2：ARM Cortex-A9 MPCore為移動設(shè)備實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的功率與性能為了滿足移動手持設(shè)備市場對可擴(kuò)展功率與性能的需求，ARM 推出了 Cortex-A9 MPCore 架構(gòu)。該架構(gòu)與 ARM Cortex-A8 相比，可將處理效率提高 20% （IPC），從而幫助設(shè)計(jì)人員以更低的頻率完成更多的工作。Cortex-A9 MPCore 可在一個(gè)群集中支持多達(dá) 4 個(gè)內(nèi)核，能夠?yàn)榭蛻粼O(shè)計(jì)產(chǎn)品、滿足特定需求提供高度的靈活性。

　　NEON 媒體處理引擎可加速媒體處理功能；

　　比前代 ARM FPU 性能提高一倍的浮點(diǎn)單元；

　　優(yōu)化的 1 級高速緩存可限度地降低時(shí)延與功耗；

　　Thumb-2 技術(shù)可將存儲器要求降低 30%;

　　TrustZone 技術(shù)支持可靠的安全應(yīng)用；

　　L2 高速緩存控制器支持低時(shí)延、高帶寬存儲器存取；

　　CoreSight 多內(nèi)核調(diào)試與跟蹤架構(gòu)可在開發(fā)調(diào)試期間提高可視性。

　　Cortex-A9 MPCore 內(nèi)核比 Cortex-A8 更小，在降低功耗的同時(shí)提高了處理效率。可擴(kuò)展峰值性能與電源管理相結(jié)合，使 Cortex-A9 MPCore 性能超過了同類單內(nèi)核架構(gòu)，并可為多內(nèi)核設(shè)計(jì)提供明顯的優(yōu)勢。Cortex-A9 MPCore 不但能夠?qū)崿F(xiàn)可擴(kuò)展至多個(gè)市場的統(tǒng)一平臺，同時(shí)還可充分利用通用軟件開發(fā)來降低研發(fā)成本，加速產(chǎn)品上的市進(jìn)程。

　　SMP 賦予應(yīng)用與產(chǎn)品的優(yōu)勢

　　目前，制造商希望投資于一款能夠使其在不同級別產(chǎn)品中充分利用與擴(kuò)展、并同時(shí)滿足未來需求的平臺。SMP 能夠以真正的性能可擴(kuò)展性全面滿足這一需求。與只能提高單個(gè)內(nèi)核速度的前代解決方案不同，SMP 將為整個(gè)多內(nèi)核實(shí)現(xiàn)真正的可擴(kuò)展性，為每一款產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)性能與功耗的組合。SMP 將允許制造商在統(tǒng)一的平臺上以更高的性能支持如上網(wǎng)本等未來產(chǎn)品。對稱多處理機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要指處理器、存儲器、輸入輸出（I/O）設(shè)備三者之間的連接，它對我們更好地理解多處理機(jī)操作系統(tǒng)是非常必要的。多處理器與存儲器之間的連接：

　　SMP 軟件的影響

　　SMP 可為各個(gè)層面的軟件大幅提高性能。對于不支持 SMP 的軟件，我們可使用操作系統(tǒng)任務(wù)管理器在每個(gè)內(nèi)核上啟動進(jìn)程來實(shí)現(xiàn)并行工作。并行進(jìn)程執(zhí)行自然會提升性能，雖然其效率不如線程級處理那么高，但也不會對應(yīng)用開發(fā)人員造成更多的設(shè)計(jì)麻煩。

　　圖 3：SMP 可在軟件的進(jìn)程與線程層面上提高性能隨著移動設(shè)備性能的不斷提升，用戶應(yīng)用的復(fù)雜性也在不斷增加，在此情況下，應(yīng)用程序應(yīng)更多地以并行方式進(jìn)行編寫（如采用線程方式），因此，我們便可充分發(fā)揮 SMP 的真正優(yōu)勢與增益。線程構(gòu)成進(jìn)程，不必反復(fù)返回操作系統(tǒng)尋求資源。應(yīng)用開發(fā)人員不但要采用并行方式進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，而且還必須注意進(jìn)程中線程的互動方式。 某些應(yīng)用本身就是多線程的，從而使 SMP 能夠?qū)崿F(xiàn)更高的性能，更快的響應(yīng)時(shí)間以及更出色的整體用戶體驗(yàn)。預(yù)計(jì)這些 PC web 瀏覽器所使用的這種技術(shù)也將用于移動領(lǐng)域。 Symbian 和 Linux 移動操作系統(tǒng)均全面支持 SMP。這種支持針對移動環(huán)境進(jìn)行了專門優(yōu)化，將使所有處理器內(nèi)核的單一操作系統(tǒng)內(nèi)核映像以及調(diào)度器中的負(fù)載平衡能夠幫助確定在哪個(gè)內(nèi)核上運(yùn)行哪個(gè)任務(wù)或線程。在處理原有軟件時(shí)，我們必須注意正確的任務(wù)同步，以避免系統(tǒng)鎖死。在SMP系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)可在安排低優(yōu)先級任務(wù)運(yùn)行在一個(gè)不同內(nèi)核上的同時(shí)，讓一個(gè)具有較高優(yōu)先級的任務(wù)運(yùn)行在另一個(gè)內(nèi)核上。如果軟件包含不明確的同步，則會產(chǎn)生導(dǎo)致鎖死情況的錯(cuò)誤判斷。

　　SMP 的電源管理

　　SMP 提供的可擴(kuò)展電源優(yōu)勢可用來擴(kuò)展內(nèi)核頻率與工作內(nèi)核的數(shù)量。Cortex-A9 MPCore 能夠分別啟用與關(guān)閉不同的內(nèi)核。如果內(nèi)核處于開啟狀態(tài)，則必須運(yùn)行在相同的時(shí)鐘頻率下。因此，為了高效使用 SMP 內(nèi)核的電源管理，必須通過測試來確定以下兩種選項(xiàng)的性能與功耗基準(zhǔn)：一、在關(guān)閉其它內(nèi)核的同時(shí)，以時(shí)鐘頻率在單個(gè)內(nèi)核上全速運(yùn)行進(jìn)程；二、多內(nèi)核同時(shí)運(yùn)行進(jìn)程，但運(yùn)行的時(shí)鐘頻率降低。SMP 采用的其它電源管理技術(shù)還包括動態(tài)電壓與頻率縮放 （DVFS），可根據(jù)所需的性能來調(diào)節(jié)匹配系統(tǒng)的頻率與電壓。操作系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡，這也有助于改善電源管理，并幫助設(shè)計(jì)人員針對功耗來優(yōu)化系統(tǒng)。

　　圖 4：TI 全新 OMAP 4 平臺為移動設(shè)備帶來 SMPOMAP 4 平臺的主要特性包括：內(nèi)核 ARM Cortex-A9 MPCore SMP 通用處理器，可提高性能與效率；

　　IVA 3 硬件加速器，可實(shí)現(xiàn)真正的 1080p 多標(biāo)準(zhǔn)高清錄制與回放功能；

　　影像信號處理器 （ISP） 支持高質(zhì)量影像與視頻捕獲，可實(shí)現(xiàn)堪比 SLR 的數(shù)字高性能，捕獲 2000 萬像素的靜態(tài)影像；

　　Imagination Technologies POWERVR? SGX540 3D 影像內(nèi)核支持 3D 用戶界面，可實(shí)現(xiàn)更大的顯示屏、逼真的圖像以及直觀易用的觸摸屏等應(yīng)用；

　　音頻后端 （ABE） 處理器可為顯著降低功耗提供虛擬低功耗音頻芯片；

　　靈活的系統(tǒng)支持：

　　復(fù)合型 TV 輸出

　　HDMI v1.3 輸出可驅(qū)動高清顯示屏

　　色彩豐富的更大顯示屏支持

　　外設(shè)接口：MIPI 串行攝像機(jī)和串行顯示屏接口、MIPI? SLIMbusSM、MMC/SD、USB 2.0 移動高速、UART 以及 SPI 等

　　支持各大操作系統(tǒng)：Linux（包括 Android 和 LiMo）、Microsoft Windows Mobile 和 Symbian;

　　45 納米移動工藝技術(shù)可提高性能與電源效率；

　　優(yōu)化的電源與音頻管理配套芯片：TWL6030 和 TWL6040

　　TI 是一家可為 SMP 提供所有主要移動操作系統(tǒng)支持的公司，這些操作系統(tǒng)包括 Symbian、Linux 以及 Microsoft Windows Mobile 等。OMAP 4 平臺是移動產(chǎn)業(yè)有關(guān) SMP 轉(zhuǎn)型的解決方案，其架構(gòu)專為優(yōu)化 SMP 性能而精心設(shè)計(jì)。例如，我們在設(shè)計(jì)時(shí)對存儲器架構(gòu)、高速緩存量以及存儲器接口等給予了充分的考慮，能夠以的延遲實(shí)現(xiàn)性能。OMAP 4 配套提供的 TI 綜合軟件套件專為 SMP 編寫，可充分發(fā)揮 SMP 架構(gòu)內(nèi)在的處理性能增強(qiáng)與省電優(yōu)勢。OMAP 4 平臺采用市場上高效的電源管理技術(shù)，可進(jìn)一步節(jié)省電源。該處理器充分利用 TI SmartReflex? 2 的電源和性能管理技術(shù)，可提供各種智能、自適應(yīng)性軟硬件技術(shù)，能夠根據(jù)器件工作情況、操作模式以及溫度等動態(tài)控制電壓、頻率與電源，具體包括：動態(tài)電壓與頻率縮放 （DVFS）；

　　自適應(yīng)電壓縮放 （AVS）；

　　動態(tài)電源切換 （DPS）；

　　靜態(tài)漏電管理 （SLM）；

　　自適應(yīng)體偏壓 （ABB）；

　　針對速度較慢器件的順向偏壓 （FBB）

　　逆向偏壓 （RBB），可為速度較快的器件減少漏電

　　OMAP 4 平臺充分利用 TI 在移動設(shè)備領(lǐng)域的知識與豐富經(jīng)驗(yàn)，可為當(dāng)前及未來應(yīng)用提供基于 SMP 的處理器解決方案。OMAP 4 SMP 的強(qiáng)大功能

　　OMAP 4 SMP 的強(qiáng)大功能

　　圖 5：OMAP 4 SMP 可實(shí)現(xiàn)類似 PC 的 Web 瀏覽體驗(yàn)在第二個(gè)使用中，一位消費(fèi)者正在使用手機(jī)欣賞 H.264 視頻。這種多媒體應(yīng)用通常不適用于多線程處理技術(shù)，因此采用單內(nèi)核工作。在本例中，OMAP 4 將兩個(gè)內(nèi)核之中的一個(gè)關(guān)閉，并讓另一個(gè)內(nèi)核在更高頻率下工作，從而可提供出色的多媒體內(nèi)容。由于只有一個(gè)內(nèi)核工作，因而可降低功耗。

　　圖 6：OMAP 4 實(shí)現(xiàn)出色的多媒體內(nèi)容結(jié)論

　　為了提高多處理機(jī)系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)使操作系統(tǒng)具有重構(gòu)能力：當(dāng)系統(tǒng)中某個(gè)處理機(jī)或存儲塊等資源發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)自動切除故障資源并換上備份資源，使之能繼續(xù)工作。如果沒有備份資源，則重構(gòu)系統(tǒng)使之降級運(yùn)行。如果在故障的處理機(jī)上有進(jìn)程亟待執(zhí)行，操作系統(tǒng)應(yīng)能安全地把它遷移到其他處理機(jī)上繼續(xù)運(yùn)行，處于故障處的其他可利用資源同樣也予以安全轉(zhuǎn)移。

　　SMP對滿足新一代移動設(shè)備的高性能與低功耗需求將至關(guān)重要。SMP 具有可擴(kuò)展的功率與性能，能夠?yàn)閱蝺?nèi)核解決方案提供獨(dú)特的優(yōu)勢。未來應(yīng)用將更多地使用多線程技術(shù)，這將推動 SMP 成為我們的平臺。TI 的 OMAP 4 平臺是率先提供 SMP 技術(shù)的產(chǎn)品，不但能夠?qū)崿F(xiàn)可擴(kuò)展的通用處理性能，同時(shí)還可提升多媒體處理領(lǐng)域（影像、圖像、音頻與視頻）的功能。我們必須注意，SMP 不會吸收這些多媒體領(lǐng)域的功能，這些多媒體領(lǐng)域需要可在功耗下實(shí)現(xiàn)性能的專門引擎。OMAP 4 可提供 SMP 的優(yōu)化組合，能夠與非對稱多處理技術(shù) （AMP） 配合工作。TI OMAP 4 平臺是在移動設(shè)備中推進(jìn) SMP 技術(shù)的解決方案，可支持未來奇妙的應(yīng)用。