盘点恩智浦QorIQ Layerscape网络处理器家族

本文作者：TQ Systems Arm Layerscape产品经理Konrad Zöpf

2013年4月，飞思卡尔（后被恩智浦收购）发布的信息表明，除了Power架构之外，还将推出新一代处理器Layerscape。当时，并不知道这些新设计是选择Arm 内核替代此前的Power架构。 2014年中期，恩智浦宣布将终止Power架构路线图，并从长远来看将其替换为QorIQ-Layerscape产品。第一个该系列产品于2013年推出，即LS1021A。随后在2014年初恩智浦正式发布了路线图信息，并推出了更多的CPU产品。LS2088A是第二款该架构CPU。但是，由于其专门为服务器市场而设计，所以它没有像上一代产品一样广泛使用。2018年底，恩智浦发布了LS1028A。2020年，恩智浦将推出高端CPU产品LX2160A，该产品具有为网络技术领域专门打造的诸多新功能。

QorIQ Layerscape技术

该技术代表了高能效的Arm内核和此前Power架构产品高速外围设备的完美结合。 Arm CPU内核通过新的总线系统“ Cache Coherent Interconnect”（CCI400）连接到通信单元。这种结合非常适合于苛刻的数据通信任务。通过集成恩智浦著名的QUICC引擎技术（也称为QE），Layerscape CPU可以继续用于迄今为止已使用该QE的后续项目中。这种架构的优势在于，这些Layerscape处理器既支持big-endian（适用于Power架构），也支持little-endian（适用于一般Arm技术）。这意味着先前在Power架构上使用的应用程序和计算操作以及先前使用的软件更易于移植和使用。

LS1021A系列的功能

嵌入式CPU LS1021A及其家族LS1020A和LS1022A，针对希望在最新系统架构上开发高效平台以处理大数据量的系统开发人员进行了优化。LS102xA CPU系列提供双Cortex-A7内核以及ECC保护的L1和L2高速缓存，以实现最大的可靠性。处理器的平均功耗为3-4W。利用LS1021A处理器中集成的LCD控制器，还可以实现对具有显示和触摸屏的操作单元的需求的系统开发，这可以实现非常明显的成本优势。除了3个千兆以太网，2个PCIe Gen2，USB 2.0主机/ USB 3.0 OTG控制器和10个UART外，用户还可以使用多达四个FlexCAN（仅适用于LS1021A）进行通信。可以通过SATA，SDIO，SPI，I2C和I2S总线连接更多单元。

功耗仅1W的LS1012A

LS1012A基于新的64位Cortex-A53 QorIQ-Layerscape技术，非常适合功能强大的工业路由器，网关和数据记录器。除了16位宽的DDR3L SDRAM接口（最多可以扩展到1GB）之外，用户还可以将最大内存大小为256 MB的QSPI NOR闪存用作启动设备。与CPU中实现的高速接口相结合的1 W功耗有望实现广泛的应用。可以创建既需要非常低的能耗又需要安全，快速的数据通信的应用程序。除了2个千兆以太网，还提供PCIe 2.0，SATA3和USB 3.0，UART，I2C和I2S总线。

10千兆以太网的LS1043A / LS1046A和LS1088A系列

多达五种优化的CPU可用于各种应用，例如对快速，安全的数据通信有很高要求的网络，工业自动化和控制系统。引脚兼容的CPU（LS1046A / 26A，LS1043A / 23A和LS1088A）在提供的接口数量和内核数量方面有所不同。根据配置的不同，可以提供双核或四核的Cortex-A72或Cortex-A53，甚至八核的Cortex-A53（时钟频率高达1.8 GHz）。这种CPU多样性可以在高CPU计算能力，快速数据传输速率和低功耗之间实现最佳平衡。

对于高速通信，最多可将8条SerDES通道用于2x 10千兆以太网，5x千兆，3x PCIe Gen3和1x SATA 3.0等接口。此外，还可提供三个USB 3.0高速接口，以及UART，I2C和GPIO。带有ECC的DDR4 SDRAM，一个SDIO和两个Quad SPI接口可用作存储器。

具有TSN和图形显示的LS1028A

Layerscape LS1028A基于Cortex-A72技术构建。系列产品包括两个单核（LS1017A和LS1018A）和两个双核变体（LS1027A和LS1028A）。LS1017A和LS1027A用于无显示系统，即禁用了图形功能。 LS1018A和LS1028A则集成的强大GPU，可支持4K显示屏。该CPU系列的时钟频率高达1.3 GHz，提供了一个全面低功耗且可扩展的平台。

此外，具有四个端口的具有TSN功能的千兆以太网交换机可用于快速实时数据通信。另外也可以使用两个用于千兆以太网（1G / 2.5G）的接口，其中2.5GB以太网接口也兼容TSN。除UART，SDIO和I²C外，所有CPU还提供以下接口：最多2个PCIe Gen3、2个USB 3.0、1个SATA 3.0和2个CAN。最高可提供4 GB DDR4 SDRAM以及ECC支持和eMMC内存。此外，通过两个QSPI接口最多可以连接512 MB NOR闪存。这些CPU特别适合基于TSN的工业自动化和控制应用，网络以及需要快速，实时和安全的数据通信并结合图形的应用。

具有100千兆位以太网的LX2160A

LX2160A高端通信处理器提供24路高达25 GHz的高速SerDES通道，用于高速数据通信。SerDES通道可用于SATA，PCIe或以太网。借助八个，十二个或十六个Cortex-A72内核，可扩充计算性能。此CPU最多可以设置两个100 Gigabit以太网接口。可以通过两个72位宽的存储器接口连接具有ECC支持的DDR4。除了两个CAN-FD，八个I2C和SPI外，两个USB 3.0已集成到CPU中。使用此CPU，用户可以前所未有地满足其对服务器，高端相机传输和卫星技术的要求。同时具有广泛的安全功能，以保护数据可靠存储，处理与传输。

在每个系列中，QorIQ-Layerscape CPU都可以引脚兼容，因此结合了众多功能和性能类别，可用于面向未来的开发。根据设计要求，可以从相应的CPU系列中选择合适的内核。从双Cortex-A7核到多达16个Cortex-A72核，QorIQ-Layerscape系列可满足广泛的市场以及未来网络技术的更多需求。