平時所說的雙CPU系統(tǒng)，實際上是對稱多處理機系統(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，只使用單個的處理器確實已經(jīng)很難滿足實際應(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)市場上這類機型的處理器一般以4個或8個為主，有少數(shù)是16個處理器。但是一般來講，SMP結(jié)構(gòu)的機器可擴展性較差，很難做到100個以上多處理器，常規(guī)的一般是8個到16個，不過這對于多數(shù)的用戶來說已經(jīng)夠用了。這種機器的好處在于它的使用方式和微機或工作站的區(qū)別不大，編程的變化相對來說比較小，原來用微機工作站編寫的程序如果要移植到SMP機器上使用，改動起來也相對比較容易。SMP結(jié)構(gòu)的機型可用性比較差。因為4個或8個處理器共享一個操作系統(tǒng)和一個存儲器，一旦操作系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，整個機器就完全癱瘓掉了。而且由于這個機器的可擴展性較差，不容易保護用戶的投資。但是這類機型技術(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)展進步，而這正是目前單核解決方案所無法實現(xiàn)的。SMP 能激活執(zhí)行任務(wù)所需的某個特定內(nèi)核或多個內(nèi)核，從而使 OEM 廠商能夠?qū)崿F(xiàn)高度可擴展的性能與電源，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)計和驗證過程終導(dǎo)致產(chǎn)品上市時間拖延。PC 市場是促進 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間并實現(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現(xiàn)正常工作的傳統(tǒng)代碼，同時還要節(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)計問題，才能確保所有處理器都能在準確時間存取當(dāng)時的數(shù)據(jù)。ARM Cortex-A9 MPCore。

　　圖 2：ARM Cortex-A9 MPCore為移動設(shè)備實現(xiàn)可擴展的功率與性能為了滿足移動手持設(shè)備市場對可擴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)計人員以更低的頻率完成更多的工作。Cortex-A9 MPCore 可在一個群集中支持多達 4 個內(nèi)核，能夠為客戶設(shè)計產(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單元；

　　優(yōu)化的 1 級高速緩存可限度地降低時延與功耗；

　　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延、高帶寬存儲器存??；

　　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，在降低功耗的同時提高了處理效率。可擴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)計提供明顯的優(yōu)勢。Cortex-A9 MPCore 不但能夠?qū)崿F(xiàn)可擴展至多個市場的統(tǒng)一平臺，同時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)品中充分利用與擴展、并同時滿足未來需求的平臺。SMP 能夠以真正的性能可擴展性全面滿足這一需求。與只能提高單個內(nèi)核速度的前代解決方案不同，SMP 將為整個多內(nèi)核實現(xiàn)真正的可擴展性，為每一款產(chǎn)品實現(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)管理器在每個內(nèi)核上啟動進程來實現(xiàn)并行工作。并行進程執(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)計麻煩。

　　圖 3：SMP 可在軟件的進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行軟件設(shè)計，而且還必須注意進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)時間以及更出色的整體用戶體驗。預(yù)計這些 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)度器中的負載平衡能夠幫助確定在哪個內(nèi)核上運行哪個任務(wù)或線程。在處理原有軟件時，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)運行在一個不同內(nèi)核上的同時，讓一個具有較高優(yōu)先級的任務(wù)運行在另一個內(nèi)核上。如果軟件包含不明確的同步，則會產(chǎn)生導(dǎo)致鎖死情況的錯誤判斷。

　　SMP 的電源管理

　　SMP 提供的可擴展電源優(yōu)勢可用來擴展內(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)，則必須運行在相同的時鐘頻率下。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的性能與功耗基準：一、在關(guān)閉其它內(nèi)核的同時，以時鐘頻率在單個內(nèi)核上全速運行進程；二、多內(nèi)核同時運行進程，但運行的時鐘頻率降低。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)可實現(xiàn)負載平衡，這也有助于改善電源管理，并幫助設(shè)計人員針對功耗來優(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，可實現(xiàn)真正的 1080p 多標準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。例如，我們在設(shè)計時對存儲器架構(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，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 的強大功能

　　OMAP 4 SMP 的強大功能

　　圖 5：OMAP 4 SMP 可實現(xiàn)類似 PC 的 Web 瀏覽體驗在第二個使用中，一位消費者正在使用手機欣賞 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 將兩個內(nèi)核之中的一個關(guān)閉，并讓另一個內(nèi)核在更高頻率下工作，從而可提供出色的多媒體內(nèi)容。由于只有一個內(nèi)核工作，因而可降低功耗。

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

　　為了提高多處理機系統(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)中某個處理機或存儲塊等資源發(fā)生故障時，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)使之降級運行。如果在故障的處理機上有進程亟待執(zhí)行，操作系統(tǒng)應(yīng)能安全地把它遷移到其他處理機上繼續(xù)運行，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 具有可擴展的功率與性能，能夠為單內(nèi)核解決方案提供獨特的優(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)可擴展的通用處理性能，同時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 SMP 技術(shù)的解決方案，可支持未來奇妙的應(yīng)用。