随着嵌入式处理解决方案复杂性和普及度的提高，软件工程师发现对端口多媒体算法的需求，包括从有足够大存储器的基于PC的概念证明系统到带资源管理的嵌入式系统，应满足性能要求是非常必要的。在理想情况下，他们希望在不增加其"舒适"的编程程序模式复杂程度的情况下，尽可能获得最佳性能。图1概括了软件工程师们在功耗、存储器分配和性能方面面临的挑战。
How do we get from here=如何从这里
to here？=到这里？
Unlimitted memory=不受限制的存储器
Unlimitted processing=不受限制的处理
File-based =基于文件的处理
Power cord=电源供电
Limitted memory=限定的存储器
Finite processing=限定的处理
Stream- based= 基于流媒体的处理
Batterry=电池供电
图 1. 移植到嵌入式处理器的应用
另外，由于应用模糊了信号处理和控制领域之间的界限，将两者其融合为"会聚处理"，这样来自两种不同领域的软件编程序模式经常发生冲突。程序员面临的挑战与芯片供应商面临的挑战不谋而合，即用户如何在不增加编程模式复杂程度的情况下利用那些增强性能的性能？
处理器供应商采取一种多层的方法来解决这一难题：在芯片上增加一个硬件 "挂钩"，提供底层软件基础结构以便任务调度和资源管理，同时为开发商提供多种能掩盖这种复杂性操作系统以扩大范围。下面我们依次讨论这些问题。
硬件"挂钩"
当今的会聚处理器提供很多的支持高效存储和数据流程的体系结构特性，让我们讨论几个主要的体系结构。
直接存储器存取（DMA）是高性能嵌入式系统的重要组成部分，从而允许在不涉及处理器内核的情况下直接传送数据。DMA可用通道的总数必须支持多种外围设备和数据移动的需求。有时还存在多个DMA控制器以便允许外围设备和其它系统资源之间进行高效访问。其它的DMA重要特性包括配置DMA通道优先权的灵活性以满足当前任务需求，以及设置通信DMA中断的能力以匹配优先级。另外，DMA提供的 "流量控制"机制会是很有用的，从而允许有效地利用DMA和存储器总线，以匹配应用的处理时序。
事件控制器用来记录和处理不同类型的系统事件，包括与程序流程异步发生的中断以及与其同步发生的异常事件。例如，当试图访问受保护的存储器时，便可产生异常事件。中断服务程序通常是最重要的代码块，必须存储在能够最快访问到的可用存储器里。正如我们下面将要讨论的，可编程事件的优先权安排是成功管理实时系统的关键。
专用指令能够加快专用处理程序的速度，例如Viterbi解码或视频像素处理。尽管这些指令是汇编语言级的指令，理想情况下可通过内置处理器的C/C++编译器读取。
内置的指令和数据高速缓存允许把程序员从大量的存储器管理工作中解放出来，以降低确定性为代价。但是，像可锁定的高速缓存线以及划分的高速缓存和SRAM硬件功能仍然提供某些额外的控制，同时在很大程度上保留了简化的程编模式。对于最高等级的代码和数据存储器控制，可调用外部存储器的DMA覆盖，以增加复杂程度为代价。
存储器管理单元（MMU）可有多种形式，并且它 对于存储和执行应用边界是一种无价的工具。例如，如果将监控模式和用户模式分开便可以拒绝对处理器资源（例如内部寄存器空间和中断服务程序）的访问，这样就可以防止运行应用程序时出现恶意或者意外的破坏。又例如，存储器区域的属性（高速缓存能力的控制和存储器访问的保护）是显而易见的。
动态电源管理是一种用于处理器功率控制的多层方法，这些功率控制包括不同的PLL模式（全导通、休眠、冬眠等），内核和系统时钟频率的改变，以及内核电压调整之间的稳压调节。它提供这项功能以帮助开发商实现对于一项给定的应用以最低功耗运行处理器的重要目标。
软件"挂钩"--"系统服务"
以上我们讨论了会聚处理器可提供的一些体系结构特性，下面我们来看一看在用户端应用（系统服务、操作系统和内核）中能够用软件方法提供的特性。
一项应用无论其是否复杂，通常都需要某种程度的"系统服务"。这些系统服务允许应用程序利用某些类似内核的特性，而实际上不使用操作系统（OS）或内核。
图2示出一种代表系统业服务的结构。正如图中所示，存储器控制、中断控制和动态电源管理服务通常都是配置设备或改变操作参数的初始化服务。另一方面，DMA和回叫服务提供了帮助管理系统流程的路径。
Application＝应用
System Services=系统服务
DMA Manager=DMA管理器
Callback Manager=回叫管理器
Interrupt Control=中断控制
Power Management=电源管理
External Memory Control=外部存储器控制
图2. 系统服务的结构
外部存储器管理服务由一系列程序组成以配置外部处理器存储接口的，包括外部DRAM、SRAM和闪存。它包括可调SDRAM刷新和优化操作的访问值，还提供改变定时和控制参数的机制。
电源管理服务有助于控制内核和系统时钟频率及内核工作电压的控制，以便将处理器的功耗降低到与应用性能需要相适应的水平。它还能调整处理器的各种功耗状态之间的所有工作模式的转变。
中断管理服务允许处理器快速配置和处理中断。这包括根据事件的相对优先权分配中断等级以及指定中断服务程序的位置。
当处理器从高优先级中断返回时，它可执行一种"回叫"功能以完成现行处理任务。回叫管理服务使得程序员选择如何响应一个事件。一旦完成初始的任务，回叫管理会设置该处理器执行优先权较低的任务。这非常重要，否则会引起高级别中断延迟的风险，它会延迟其它事件的响应时间。按照回叫的性质，它应当既长又不确定，因为它们主要是为了保证高优先级中断的高效处理。
DMA管理服务通过提取数据传输简化了编程模式。DMA服务允许通过一个标准应用程序接口（API）移动数据，无需手动配置每一个控制寄存器。DMA管理器记录提交的工作请求，从而它能按照从应用软件中收到的次序排列其优先级。总的来说，这样做有两个主要优点。第一个优点是，API提供了一种对DMA控制器编程的直观方法；第二个优点是，简化了DMA流入到一个原本没有DMA功能的PC系统的集成。
每个系统服务都有一个C语言可呼叫的API，它为处理器的体系结构特性提供一个软件接口以及与外围设备通信的通用方法。使用API允许它在使用同样应用接口的处理器系列之间任意移动。
不仅应用软件可以使用API进入系统服务呼叫，而且某些系统服务也能利用其它系统服务的API。例如，DMA管理器一旦完成一次数据传输便可调用回叫管理以排队等待服务中断。又如，电源管理服务可以自动呼叫外部存储管理器以调整SDRAM更新频率，为了节省功耗作为降低内核和系统时钟频率处理过程的一部分。
作为系统服务的另一种形式，设备管理器为各种外围设备提供直接的软件接口，例如视频和音频端口以及诸如模数转换器（ADC）和数模转换器(DAC)相关外围设备。设备管理器通过一系列设备驱动器来工作，这些驱动器配置和控制外部设备，以及接收和发送通过这些设备的各种数据流模式的数据。图3示出了设备驱动器与应用的关系。
Application＝应用
Devices Manager=设备管理器
Device Driver=设备驱动器
图3. 设备驱动器与应用的关系
操作系统和内核
为了进一步高效地提取一个应用存储器、数据和执行流程，通常有多种内核和操作系统可用于给定的处理器。
在确定任务进程的应用中，经常使用"超级环"以便重复循环执行独立代码框图。在这种模式中，事件的顺序在处理间隔中保持不变。"超级环"在高性能系统中是很普遍的，因为它允许程序员保留大多数的处理命令控制。因此，虽然数据流程的框图非常简单，但是数据处理量（例如，基于图像尺寸或帧速率）通常非常大。
除了"超级环"方法，内核也提供基本的线程创新和管理。操作系统（OS）在基本调度功能的基础上提供了许多增加的功能。
通常，操作系统跨越多种强度区和重点区--例如，安全、性能和代码覆盖区。当提到这些参数时，没有 "银弹"解决方案，也就是说，如果某种OS有更多的安全特性，那么它只能以牺牲性能或内核的尺寸为代价。
安全和保护是关键OS的卖点，所以卖方会在很大程度上依赖于MMU的特性。许多应用都瞄准这类OS,它把安全作为主要特性，要求容错的OS。这里用户模式和监控模式都用于保护处理器资源。高速缓存在这种模式中大量使用，任何内置SRAM都专为中断服务程序和最频繁执行的代码使用。
另一方面，致力于性能和低存储器覆盖区的OS卖方并不大可能使用MMU，并且他们可能只在监管模式中运行。如果使用较小的存储器覆盖区，会有更多的应用在内置存储器上运行。虽然可使用C语言设置API和OS，但大多数底层代码是用汇编语言做的。由于只有一个寄存器子集保存在堆栈中，所以中断服务程序将会有很短的上下文切换时间。
传统的多任务实时操作系统（RTOS）有可能造成会聚处理应用中信号处理部分的停顿。另一方面，简单的回路内核，例如它可能用于支持DSP应用，但是不一定适合基于控制部分的应用。这样使一些OS卖方使用了处理器体系结构资源以平衡同一会聚设备上的控制和信号处理应用。通过管理DMA和中断优先权，基于性能的任务会采用与USB协议中等时传输类似的方法收集保证的处理时间。
总之，由于应用复杂性的增长和处理器体系结构添加了较多的基于硬件的驱动性能功能，所以系统服务和设备驱动提供了一个良好的开端，以便在不增加程序复杂性的前提下达到高性能。此外，操作系统为进一步提取编程模式提供了一个重要机会，同时从多方面优化性能。
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