DSP系統(tǒng)的建模和配置

    嵌入式軟件開(kāi)發(fā)需要對(duì)目標(biāo)架構(gòu)及其使用有廣泛透徹的認(rèn)識(shí)和了解。把嵌入式系統(tǒng)從概念轉(zhuǎn)化為能夠有效地在硬件環(huán)境中部署的高效解決方案，需要一系列步驟。整個(gè)過(guò)程包括：分析、架構(gòu)搭建、評(píng)估、硬件支持、設(shè)計(jì)、編碼、調(diào)試、集成、驗(yàn)證和確認(rèn)。在這個(gè)過(guò)程中，如果硬件資源沒(méi)有得到有效利用，或是軟件沒(méi)有針對(duì)硬件資源進(jìn)行優(yōu)化，都可能對(duì)性能造成嚴(yán)重影響。 

　　CEVA-X系列DSP內(nèi)核中采用的創(chuàng)新架構(gòu)需要完全新穎的方案，以充分利用可能的設(shè)計(jì)變量來(lái)控制總體性能。CEVA-X1620是CEVA-X內(nèi)核系列的第一款產(chǎn)品，采用非常先進(jìn)的并行架構(gòu)，在一個(gè)機(jī)器周期中可執(zhí)行多達(dá) 8條指令。對(duì)于這類先進(jìn)架構(gòu)，高效能及高效率地使用硬件資源非常重要。 

　　此外，CEVA-X整合了完整的存儲(chǔ)器子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)分層存儲(chǔ)器管理。這包括直接存儲(chǔ)訪問(wèn)(DMA)控制器、板上緩存、寫(xiě)入緩沖器、內(nèi)部及外部存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器管理及仲裁。利用這種廣泛的功能集，通過(guò)完整精確的仿真環(huán)境和先進(jìn)的配置能力，就可以輕松地完成軟件應(yīng)用的優(yōu)化。 

　　對(duì)仿真環(huán)境的要求 

　　對(duì)基于DSP/實(shí)時(shí)的軟件開(kāi)發(fā)而言，仿真環(huán)境非常重要，需要具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。 

　　可視性
  
透明性——可以監(jiān)控內(nèi)部硬件和硬件邏輯的工作。即使它們不是硬件接口的一部分，在實(shí)際的硬件環(huán)境中一般不可見(jiàn)，但是，了解它們的情況是解決問(wèn)題和提高性能的關(guān)鍵。 

　　調(diào)試——當(dāng)缺乏精確的仿真環(huán)境時(shí)，在只提供有限可視性的硬件上運(yùn)行所有進(jìn)程意味著需要利用更多的資源，并會(huì)增加調(diào)試時(shí)間。因此，仿真環(huán)境應(yīng)提供硬件本身不支持的額外調(diào)試功能。 

　　靈活性——這是指在提交給最終系統(tǒng)架構(gòu)之前檢查幾種不同系統(tǒng)布局的能力。實(shí)現(xiàn)最佳性能通常要設(shè)置不同的硬件環(huán)境參數(shù)，并利用軟件進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)。對(duì)于所選擇的具體設(shè)置，需要依靠仿真環(huán)境來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其對(duì)系統(tǒng)的影響。 

　　時(shí)間——在能夠執(zhí)行所有運(yùn)行時(shí)間測(cè)試之前，無(wú)需耗費(fèi)太多時(shí)間和增加特殊硬件就能夠?qū)崿F(xiàn)并行硬件和軟件的開(kāi)發(fā)。 

　　精確仿真和全面配置 

　　先進(jìn)的仿真和配置環(huán)境完全采用軟件建模，并具有全面廣泛的配置能力，能夠幫助系統(tǒng)架構(gòu)師和DSP軟件工程師更好地進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)。這種方法和環(huán)境顯著提高了系統(tǒng)性能，相應(yīng)減少了開(kāi)發(fā)時(shí)間。全面的建模環(huán)境意味著CEVA-X1620實(shí)現(xiàn)方案能夠以多種模式用于不同的開(kāi)發(fā)階段或不同的開(kāi)發(fā)目的。 

　　仿真 

　　工具中最先支持的是類似于標(biāo)準(zhǔn)仿真解決方案的基本指令集仿真(ISS)模式。在這種模式中，每一條指令都作為不可分割的階段被執(zhí)行。該模式執(zhí)行速度非?？?，便于軟件開(kāi)發(fā)。 

　　周期精確仿真(CAS)是更先進(jìn)的仿真模式。在這種模式中，包括所有流水線級(jí)的架構(gòu)行為被完全仿真。在進(jìn)行精度檢查或硬件驗(yàn)證時(shí)，該模式對(duì)全系統(tǒng)仿真非常重要，這時(shí)仿真器可以作為內(nèi)核模塊方便地模擬真實(shí)硬件的功能。除了周期精確能力之外，全部存儲(chǔ)器子系統(tǒng)(MSS)都被建模，可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。這樣一來(lái)，由于軟件與硬件的交互作用，因此能夠?qū)崿F(xiàn)真實(shí)精確的仿真。這種模式包括了所有的 MSS 模塊，故可對(duì)所有的存儲(chǔ)層次進(jìn)行調(diào)試，包括緩存、寫(xiě)緩沖、內(nèi)部/外部存儲(chǔ)器。另外，它也可以通過(guò)仿真分析不同的存儲(chǔ)器布局情況，以針對(duì)每一種布局，觀察算法執(zhí)行期間存儲(chǔ)器的訪問(wèn)和沖突情況。 

　　配置 

　　除了全面完善的仿真能力之外，CEVA還提供面向C-level的應(yīng)用程序及存儲(chǔ)器的配置器。這種配置器可對(duì)整個(gè)仿真環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)分析。 

　　它能在基本的ISS模式中提供完全的C-level配置。通過(guò)查找出潛在的問(wèn)題，比如應(yīng)用內(nèi)核、瓶頸和最耗費(fèi)代碼行的部分，可有效地提高軟件性能。這是非常強(qiáng)有力的工具，能夠減少關(guān)鍵功能的時(shí)鐘數(shù)和非關(guān)鍵功能的代碼大小。應(yīng)用程序配置在C函數(shù)上被自動(dòng)執(zhí)行，無(wú)需修改任何代碼，同時(shí)還可用于匯編程序。 

　　然后，應(yīng)用程序配置可基于CAS和MSS仿真器被執(zhí)行，以根據(jù)每一個(gè)功能的存儲(chǔ)映射和存儲(chǔ)沖突獲得它的真正應(yīng)用性能。 

　　在應(yīng)用程序以CAS和MSS模式被配置及有關(guān)功能已被確定后，配置器可給出完整的存儲(chǔ)器使用信息，其中包括緩存使用和沖突、每項(xiàng)功能的停滯概要、代碼存儲(chǔ)停滯、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)停滯、代碼存儲(chǔ)沖突及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)沖突的相關(guān)信息。這種全面透徹的MSS配置信息可指導(dǎo)用戶針對(duì)應(yīng)用中的每一項(xiàng)特定功能優(yōu)化存儲(chǔ)使用。 

　　結(jié)語(yǔ) 

　　目前，這種建模和配置流程已經(jīng)被成功地利用于實(shí)現(xiàn)某些算法功能代碼數(shù)量的精簡(jiǎn)，并已協(xié)助眾多采用CEVA內(nèi)核進(jìn)行最終設(shè)計(jì)的芯片組獲得了出色的性能。