Hyper-Embedded Computing: An Optimized System Architecture for Area-Constrained Applications

Boisy Pitre

doi:10.1109/LES.2025.3548955

2025-12-01

PRE

DOI：10.1109/LES.2025.3548955

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现代嵌入式系统中32位和64位处理器的广泛采用以及充足的内存资源，促使设计优先考虑性能和功能而非芯片面积。这种过剩导致了可能并非最优的解决方案，特别是在功耗和资源节约至关重要的应用中。为解决此问题，我们引入了超嵌入式计算（hyper-embedded computing）这一范式，通过将复杂的多处理能力集成到具有固定硅配置的超紧凑嵌入式架构中，重新激活了极简嵌入式系统设计。该方法特别适用于对长期可靠性和可持续性有要求的任务关键型、面积受限应用。基于此概念，我们开发了Turbo9——一款针对最小逻辑面积优化的16位微处理器，以及TurbOS——一款在受限内存中提供类UNIX特性的实时嵌入式操作系统。TurbOS具有模块化架构、抢占式多任务内核、统一输入/输出架构和高效内存利用等特点。与当前使用的微处理器和实时操作系统相比，我们的方法在实现类似功能的同时，将内存面积减少了约75%，使其成为可持续、高可靠性嵌入式应用的理想选择。

Keyword:

Operating systems

Computer architecture

Microprocessors

Memory management

Logic

Codes

Registers

Reduced instruction set computing

Multitasking

Assembly

Hyper-embedded systems