SoC FPGA：產(chǎn)品開發(fā)中的自適應性能分析

　　開發(fā)工具的目的不僅僅是用于調(diào)試復雜問題，而且還要提高開發(fā)效率。有時候，比起有效電源特性，這一目標的達成更取決于標準產(chǎn)品特性的便捷與實用。大部分專業(yè)調(diào)試器中的一大便捷特性是以寄存器組來顯示存儲器映射SoC外設寄存器，包括其名稱、比特域和描述，這與外設文檔中的相一致。

　　當針對FPGA進行開發(fā)時，還要復雜一些。FPGA供應商通常會提供FPGA硬件庫，例如，加密/解密模塊、數(shù)學算法加速模塊和外設控制器等。但是，需要硬件開發(fā)人員確定將多少模塊綜合到FPGA中，確定在處理器中，它們位于存儲器映射的哪些位置，這意味著，軟件調(diào)試器不可能立即提供外設寄存器視圖。軟件開發(fā)人員能夠手動生成調(diào)試器外設描述視圖，但是手動編輯非常耗時，而且容易出錯。其解決方法要求在FPGA綜合工具和軟件調(diào)試器之間進行通信。Altera QSys系統(tǒng)配置工具為完整的FPGA設計生成外設寄存器描述文件，ARM DS-5調(diào)試器能夠自動導入文件，顯示FPGA IP寄存器，看起來它們就像硬核處理器系統(tǒng)的組成部分。

　　圖1：自動生成外設寄存器視圖，并在DS-5調(diào)試器上進行導入

　　系統(tǒng)級性能分析

　　今天，產(chǎn)品開發(fā)人員更關注調(diào)試性能問題，努力在相同的硬件上實現(xiàn)更多的功能，或者降低功耗。因此，工具供應商越來越關注性能和功耗分析工具。

　　選擇SoC器件（集成了處理器和FPGA架構）的一個主要原因是能夠使用FPGA硬件模塊來加速軟件工作。例如，可以使用FFT解碼器或者FPGA架構中的 DES解密算法來釋放處理器，從而讓處理器去完成其他任務，或者，進入睡眠狀態(tài)以節(jié)省功耗。對于這些器件，工具應能夠查看處理器和FPGA IP模塊資源占用率相對水平。然后，設計人員可以使用這些信息來優(yōu)化系統(tǒng)。

　　雖然采用了指令跟蹤來優(yōu)化軟件編解碼器和其他性能軟件，但是，對于運行Linux和Android等操作系統(tǒng)的ARM應用處理器，還是需要使用ARM DS-5流線性能分析器等某些特定的分析工具。ARM DS-5使用在目標中運行的Linux驅動，按照一定的時間間隔對信息進行采樣，每次由事件計數(shù)器提供捕獲的任務切換信息，諸如：

　　● 處理器負載等操作系統(tǒng)事件。

　　● 分支誤預測等處理器事件。

　　● 系統(tǒng)事件，這些計數(shù)器支持用戶找到系統(tǒng)級瓶頸。

　　● 軟件注釋，用于報告感興趣的事件。

　　看到這一信息在一條時間線上顯現(xiàn)后，開發(fā)人員就了解了軟件和硬件之間的相互作用。

　　對于混合處理器和FPGA器件，可以使用流線分析器來同時優(yōu)化硬件和軟件。硬件中需要的唯一基本組件是存儲器映射寄存器，對每一不同IP模塊的利用率進行計算。然后，可以配置流線來訪問這些新計數(shù)器，顯示其隨著時間變化的數(shù)值，與CPU使用率和其他系統(tǒng)級計數(shù)器相關聯(lián)。

　　圖2：ARM DS-5流線中的時間線視圖。

　　對功耗有要求的用戶可以通過ARM能耗探針來擴展流線，以便監(jiān)視并查看目標中某些電源路徑上的電壓和電流消耗。在FPGA目標上，這些電源線通常是為CPU 子系統(tǒng)、FPGA內(nèi)核和FPGA I/O供電，但是，他們也會監(jiān)視整個產(chǎn)品的主電源。還是通過查看功耗、軟件活動和系統(tǒng)利用率之間的關系，以及能夠基準測試能耗，開發(fā)人員便能夠為功耗和電池使用時間來優(yōu)化系統(tǒng)。

　　結論

　　SoC新器件包括ARM應用處理器和FPGA架構，為推出更高效的產(chǎn)品帶來了新機遇。片內(nèi)調(diào)試硬件、FPGA工具和軟件調(diào)試以及分析工具的創(chuàng)新已經(jīng)與硬件創(chuàng)新相匹配，因此，開發(fā)這些器件以及充分發(fā)揮其功率特性優(yōu)勢變得與在固定的ASIC器件上開發(fā)軟件一樣簡單高效。