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亲自实践项目:系统性能加速的方法(上篇)

Robert Cravotta?? EDN技术编辑?? 2005年02月16日 ?? 收藏0
本文为上下连载的上篇,探讨了日益增加的可供选择的硬件加速方案,并说明不具备硬件背景的设计师如何得益于不断发展的开发工具。
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??????? 要 点
  ·软件威力与硬件威力恰如串行操作与并行操作。
  ·定制的硬件加速逻辑不过是许多系统性能加速方法之一。
  ·硬件加速工具针对供缺乏硬件背景的设计师使用,并越来越好用。
  ·选择指令扩展还是选择定制协处理器逻辑,取决于设计的硬件需求。


  供设计师实现定制硬件加速的选择方案和开发工具正在不断演进。定制硬件加速是一种使并行处理实现起来愈加可行的方法,它能使性能、功耗和成本三者平衡,并将它们推进到一个新境界。生产处理器的Stretch公司首席技术官Albert Wang解释说:“本公司之所以最近推出一种采用集成的可重新配置硬件加速技术的软件可编程处理器,乃是因为在满足当今前卫的计算密集应用系统设计需求方面,达到性能要求的时间至关重要。”
  这篇连载文章的上篇概述了硬件加速项目工作、可供选择的方案和工

具,也说明了分析软件、确定需要加速的硬件以及实现硬件加速的过程。下篇将刊于2005年3月的本刊,它将集中讨论各种硬件加速工具。这些工具能在系统模型或软件源区上直接进行操作,因为提供了一个附加的抽象层。
  设计效率和开发生产率是嵌入式系统设计师考虑的最重要因素。在本文的描述中,设计效率反映一个设计在达到其处理性能要求和满足其定时、功耗及成本约束条件方面的优劣程度。由于复杂性对于竞争对手来说是一道障碍,所以能满足复杂的性能要求与约束条件的嵌入式设计可为开发小组识别并提供标新立异增值功能的机会。如果一个设计达不到足够复杂性的要求,也就难以提供独特而又标新立异的增值功能,因为竞争对手可以很快仿效并将各种最好的想法整合到其自己的产品中。
  然而,这道复杂性障碍是暂时的,因为竞争对手将会集中力量来与你的最好想法对抗。如果你不能迅速而充分地调整你的产品功能和成本,领先于竞争对手的工作,你就会丧失率先上 市的优势。开发生产率会抵消设计效率。它不仅包含完成当前设计和实施工作所需的时间和资源,而且还包含开发成果在无可避免的后续项目中的可重用性。如果你的开发过程和工具在提取你设计成果的非标新立异部分并使之自动化方面不能优于竞争对手的开发过程和工具,你就可能为你的竞争对手在创新方面超越你打开了方便之门。你可能不得不在这些非标新立异细节上比你的竞争对手花费更多的宝贵开发时间和资源。
  ASIC是一种可以针对某种系统优化的半导体器件,只实现某种系统为满足一些要求而所需的那些功能。ASIC能够最好地平衡性能、成本和功耗要求,不过其实现需要较长的开发周期以及大量的一次性工程成本,如果功能要求演变很快,就难以收回这些成本。
  可编程平台处于这个领域的另一端。这些平台侧重于生产率而不是效率,并要同时顾及可重用性和灵活性,以便快速修改或替代代码或逻辑,实现新功能。软件可编程系统能高效地实现顺序处理,但是在进行并行处理时效率很低。可编程硬件系统在实现并行操作方面有杰出表现,但是在进行顺序操作时通常不如软件可编程系统效率高。软件还擅长于整合抽象层,而硬件则出于成本效益和可重用性方面的考虑而无法做到。例如,为了适应一种不同的但功能上等效的硬件,你可能会重新设计硬件,适用于这样一个系统的软件却可能不得不在新旧两种配置下运行。结果,软件可抽象功能上不明显的硬件的微小变化。
  软件可编程系统和硬件可编程系统所用的开发工具具有根本性的差别。由于每一种可编程功能具有主导的顺序性或并行性,软件工程师和硬件工程师使用的工具要为系统行为提供适当而又不同可视化。Xilinx公司负责DSP设计工具与方法的总监Jim Hwang说,HDL开发人员在从事信号处理应用的开发人员中占一小部分。他解释道,DSP领域的大多数设计师都使用C和Matlab。按照Jim Hwang的说法,诸如DSP系统生成器之类开发工具“可减少那些不懂VHDL的应用开发人员和系统体系结构设计师使用基于FPGA的产品的障碍”。许多支持定制硬件加速的公司都在为提供工具和器件而投入大量开发资源,这些工具和器件使得非硬件工程师(例如系统设计师和软件工程师)能用软件实现像硬件加速那样的并行性。
  在本次实践项目进行的早期,EDN不得不做出有关该项目范围的决定。该项目可能有一个范围狭小的重点,从而在一个平台上深入研究某个算法的加速过程;也可能研究几种体系结构和工具产品,广泛探讨硬件加速技术(从而在每个体系结构上花费较少的时间)。现在越来越多的公司提供或支持硬件加速技术,为了更好地突出这些公司的方法,我们选择了一条比较广泛而又较为浅显的途径。仅仅在最近的几个


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嵌入式? 系统性能? 加速?

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