亲自实践项目:(下篇)系统性能加速的自动化
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亲自实践项目:(下篇)系统性能加速的自动化  2012/3/1
亲自实践项目:(下篇)系统性能加速的自动化本文是上下连载的下篇,探讨的内容是:自动化如何使没有硬件背景的设计师能实现定制硬件的加速。越来越多的产品正在使算法模型和软件代码转换成硬件这一过程自动化,从而使没有具体硬件背景的设计师能够实现定制硬件加速。这些工具并不改变设计或工具流程,但可使这一流程中的一些手工步骤自动化(图1)。这些工具要达到的目标是:要比其他方法缩短实现一项设计所花的时间,使设计师能探索更
  亲自实践项目:(下篇) 系统性能加速的自动化本文是上下连载的下篇,探讨的内容是:
自动化如何使没有硬件背景的设计师能实现定制硬件的加速。em>
越来越多的产品正在使算法模型和软件代码转换成硬件这一过程自动化,从而使没有具体硬件背景的设计师能够实现定制硬件加速。这些工具并不改变设计或工具流程,但可使这一流程中的一些手工步骤自动化(图 1)。这些工具要达到的目标是:要比其他方法缩短实现一项设计所花的时间,使设计师能探索更多的设计配置,使整个设计小组在完成某个项目期间能依靠单独资源工作,使用自动的“按结构校正”方法来提高流程可靠性,并确保验证流程与原始规范相联系。


正如这篇连载文章的上篇(见本刊2005年第2期 )所描述的,把定制硬件作为加速软件性能的指令或协处理器)来创造的各种可选方案正在演进之中。不过,上篇描述的过程假设:硬件工程师以人工方法把软件转换成硬件。虽然各种新型工具能使这一过程自动化,但大多数根据软件描述生成RTL(寄存器传输语言)的工具都要求设计师至少了解一些要考虑的硬件因素(见附文《把软件移植到硬件》)。
根据某一算法规范或软件规范创建硬件并非没有挑战。设计师把某种算法作为软件来探索和实现所需要的技能,不同于用 FPGA 或 ASIC 来实现该算法所需的技能。软件设计师很少需要考虑系统时钟的偏斜、总线的容量和加载、模拟信号的处理和特性、温度、功耗以及电磁干扰,而所有这些都会影响硬件设计师优化设计的方法。软件采用一种顺序计算模型,而硬件一般处理设计师以很高的并行度来实现的状态机和组合逻辑。
传统的 EDA 工具处理的是如何在更高的程度上对硬件进行抽象,以提高设计师的工作效率。根据软件代码自动生成 RTL 的各种工具都有一个不同的重点。据 CriticalBlue 公司首席执行官 David Stewart 说:“挑战在于如何抽象各种软件概念,以便工具能把它们作为硬件来实现。”这些工具是供没有硬件背景的设计师而不是供精通 Verilog 或 VHDL 的硬件设计师使用的。这些工具允许在整个设计过程中坚持使用软件开发方法。它们使算法模型或软件代码在整个项目期间仍然是一个绝佳的资源,所以,对它所做的种种修改就能迅速、可靠、自动地传递到下游的动作中。
设计师在算法级要比在硬件级更容易了解总体情况。与 RTL 级仿真器相比,算法仿真器和软件仿真器能在宽得多的时间段内描述相关系统行为的特性,因此设计师就能探索并勾勒出更多的使用环境。鉴别高级别行为优化所带来的总系统性能提高要比鉴别低级别硬件优化大得多。软件转换成硬件这一过程实现自动化,也使设计师能探索更多其它的芯片实现方法,这是因为这些工具可简化这种转换工作,并可减少对设计修改所造成影响进行评估的时间。
这些工具通常通过对资源的报告、调度和显式映射,支持对处理速度和面积之间的折衷方案的分析和执行。除了生成RTL代码以外,这些工具还能在验证过程期间节省设计师的时间,这是因为它们能自动生成的测试台可利用来自各种算法探索工具的促进因素。这些工具几乎都不是独立的;当它们针对特定的FPGA器件或工艺技术时,便可与芯片制造商的工具接口,或直接集成到这些工具中。
正是因为一些工具能根据软件自动生成 RTL 代码并不意味着把它们用于所有代码是合理的。一般来说,与软件相比,硬件实现方法并不能以更好的成本和性能指标来执行复杂的顺序操作。适合转换成硬件的候选算法或功能有:能执行并行操作,并能受益于运行多个实例的算法或功能;能利用非标准的数据位宽度的算法或功能;能流水线操作的算法或功能;能完成那些执行时间比数据传输时间

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