??? 視頻、影像和電信市場的標準推動了異構" title="異構">異構可重配置 DSP 硬件平臺" title="硬件平臺">硬件平臺的使用。就本文而言，這些平臺包括 DSP 處理器和 FPGA，它們提供的現成硬件解決方案可以解決視頻、影像和電信設計中的重大難題，但仍不失產品差異化所需的足夠的可定制性。
??? 據市場研究公司 Forward Concepts 于 2005 年發表的一則調查報告稱，選擇處理器和 FPGA 的主要標準不是器件本身，而是開發它們的工具。這一概念對于包含 FPGA 和 DSP 處理器的平臺亦應成立。
??? 在 DSP 處理器和 FPGA 之間，傳統的 DSP 開發者通常選擇前者，因為設計流程" title="設計流程">設計流程是已知的，而異構系統的優點則難于評價。可重新配置的硬件平臺限制了硬件自由度，設計流程因此而具有較高的自動化程度。這種自動化排除了設計的復雜性，從而在 DSP 設計界進一步推廣了硬件解決方案的優勢。
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DSP 硬件平臺的優點?
??? FPGA 和 DSP 處理器具有截然不同的架構。在一種器件上非常有效的算法，在另一種器件上卻可能效率非常低。如果目標應用要求大量的并行處理" title="并行處理">并行處理或最大的多通道流量，那么單純基于 DSP 處理器的硬件系統就可能需要更大的面積、成本或功耗。一個 FPGA 協處理器" title="協處理器">協處理器僅在一個器件上就能提供多達 550 個并行乘法和累加運算，從而以較少的器件和較低的功耗為許多應用提供同樣的性能。
??? 盡管 FPGA 在處理大量并行數據方面出類拔萃，但對于定期系數更新、決策控制任務或高速串行數學運算這類任務來說，它們的優化程度比不上處理器。正是 FPGA 和 DSP 處理器的結合為廣泛的應用提供了制勝的解決方案。
??? 例如，對于采用模式識別技術的智能攝像機來說，異構可重配置 DSP 平臺可以作為理想的選擇。FPGA 的并行處理能力非常適用于圖像分割和特征提取，而視頻和影像 DSP 處理器則更適合統計模式分類等數學密集型任務。異構系統可以更好地利用流水線和并行處理，這對于獲得高幀速率和低延遲來說至關重要。
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基于異構平臺的設計流程的優點?
??? 基于異構平臺的設計流程把單獨處理器和 FPGA 設計流程采用的設計自動化概念擴展到整個平臺。基于平臺設計的基本原則是剔除基于硬件系統和基于軟件系統的“中間件”。這樣就可以讓缺乏或完全沒有 FPGA 設計經驗的 DSP 設計者能夠評估和利用 FPGA 協處理器的性能、成本和功耗優勢。
??? 基于平臺的設計流程應能自動生成內存映射、軟件接口的頭文件和驅動程序文件以及硬件的接口和中斷邏輯。整體系統的改動對單個軟件和硬件組件的影響有限。
通過這種自動化，開發者個人不必再掌握設計 FPGA 硬件、DSP 處理器應用代碼以及接口邏輯和軟件所需的龐雜技術。
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設計 FPGA 協處理器?
??? 任何給定的技術中都有多種方法可以實現信號處理算法。算法步驟常常受到目標硬件的影響。當目標是異構 DSP 硬件平臺時，實現方法的選擇就成了一個二步過程。您必須首先選擇最合適的硬件器件，然后再確定哪種實現方法適合該器件。
在可重新配置的 DSP 硬件平臺上，處理器將作為主處理單元并且控制 FPGA。而 FPGA 則用作協處理器（其中，數據傳入 DSP 處理器進行同步，然后傳出），或者用作預處理器或后處理器（其中，數據從高速接口傳入）。FPGA 的最佳用法取決于系統數據速率、格式和運行參數。
??? 像德州儀器公司 DSP 的 Code Composer Studio 這類工具包含代碼分析器，用來識別可以下載到 FPGA 的軟件“熱點”。20% 應用代碼占用 80% 可用處理器 MIPS 的情況并不罕見。
??? 需要一個接口將 FPGA 連接到硬件平臺上獨立的 DSP 處理器。可重新配置的 DSP 平臺通常能支持較多通用接口（如德州儀器公司的 16/32/64 位 Tic6x DSP 擴展存儲器接口 (EMIF)，適用于系統控制和協處理任務）和較多高速串行接口（如 SRIO 或視頻接口，用于預處理和后處理操作）。
??? 系統中加入 FPGA 協處理器后，軟件實現就將由算法描述轉變為數據傳遞與函數控制。對于應用軟件開發者來說，FPGA 協處理器將顯示為一個硬件加速器，可以通過函數調用對其進行訪問。
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Xilinx 解決方案?
??? 在MathWorks 的 Simulink 和 MATLAB 建模環境的基礎上，Xilinx 為 FPGA 提供了一個完整的 DSP 開發環境。浮點 MATLAB 中所描述的算法可以用 AccelDSP 合成到 Xilinx? FPGA 的 DSP 功能模塊中。System Generator 允許用 Simulink 將這些模塊與一個由 90 多個經 Xilinx 優化的 DSP 模塊組成的庫結合起來，從而形成完整的基于 FPGA 的 DSP 系統。
System Generator 支持硬件協同驗證，用硬件上運行的實現過程取代部分軟件模擬。這樣，您就可以驗證硬件中的實現過程并且加速 Simulink 的模擬。
??? 現在的 System Generator 在 FPGA 協處理器與德州儀器的 DSP 處理器之間自動生成基礎架構，以這種方式支持基于平臺的設計。這種支持針對平臺，最初是為 Xilinx 視頻協處理套件提供的。System Generator 將來的版本將包括對其他平臺的支持。
??? 用這種新型的自動方法，System Generator 通過一些叫做“共享存儲器”的特殊模塊在軟硬件之間提供一個抽象層。對于硬件開發者來說，這種共享存儲器的作用相當于 FIFO、RAM 或寄存器的一個端口。
??? 數據傳入和傳出 FPGA 的操作是通過對應用軟件中的共享寄存器之一執行一個簡單函數調用來完成的，此函數調用在 System Generator 自動生成的驅動程序文件中予以定義。這個流程還支持中斷生成，以實現處理器和協處理器之間的有效執行。
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結論?
??? FPGA 的并行處理能力可大大改善視頻、影像和電信應用的性能、成本效率和功耗，這些應用或者已經受益于并行 DSP 處理，或者需要優化的多通道處理。依托基于平臺設計方法的異構可重配置 DSP 平臺使不熟悉 FPGA 設計的傳統 DSP 設計者能夠快速評估 FPGA 協處理器為其特定應用帶來的好處。
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【jenny】