Tìm hiểu đồng thiết kế qua ví dụ “Phương pháp phân hoạch phần cứngphần mềm cho SoC với RISC Host và các bộ xử lý cấu hình”

Nội dung trình bày:Tìm hiểu đồng thiết kế Co-design 1 Thiết kế hệ thống nhúng 3 1.1 Phương pháp phân hoạch phần cứng/phần mềm cho SoC với RISC Host và các bộ xử lý cấu hình... 1.3-Phân

Đề tài: Tìm hiểu đồng thiết kế qua ví dụ

“Phương pháp phân hoạch phần cứng/phần mềm cho SoC với RISC Host và các bộ xử lý cấu hình”

Đề tài: Tìm hiểu đồng thiết kế qua ví dụ

“Phương pháp phân hoạch phần cứng/phần mềm cho SoC với RISC Host và các bộ xử lý cấu hình”

Nhóm 9:

Đặng Thanh Tùng

Phạm Ngọc Thanh

Nội dung trình bày:

Tìm hiểu đồng thiết kế (Co-design)

1

Thiết kế hệ thống nhúng

3

1.1

Phương pháp phân hoạch phần cứng/phần mềm

cho SoC với RISC Host và các bộ xử lý cấu hình

Phần 1:Tìm hiểu đồng thiết kế

(Co-design)

Phần 1:Tìm hiểu đồng thiết kế

(Co-design)

1.1-Thiết kế hệ thống nhúng

Tổng quan:

 Hiện nay, với sự tiến bộ của công nghệ đã mở

ra nhiều cơ hội phát triển HTN Nhưng các sự

tiến bộ công nghệ này cũng đòi hỏi các ứng

dụng hệ thống nhúng, gia tăng cả về sự đa

dạng lẫn độ phức tạp

Nhóm 9 - D11CNPM2

4

1.1-Thiết kế hệ thống nhúng

Thực trạng hiện nay:

 Chúng ta vẫn chưa có một phương pháp thiết

kế nào để tạo ra HTN tối ưu trong công nghiệp

 Nhiều cách tiếp cận để giải quyết vấn đề thiết

kế HTN được đưa ra, tuy nhiên không có cách nào có thể thỏa mãn và đạt hiệu quả như mong muốn

1.1-Thiết kế hệ thống nhúng

Phương pháp thiết kế truyền thống:

 Nếu theo thiết kế truyền thống sau khi làm

phân hoạch các phần thiết kế thực hiện tương đối độc lập

 Dẫn đến thời gian phản hồi-hiệu chỉnh ở cả

phần cứng và phần mềm sẽ lâu

-> Tốn nhiều chi phí và thời gian

1.2-Đồng thiết kế

Giới thiệu:

 Một qui trình thiết kế mới đã phát triển, trong

đó thiết kế phần cứng và phần mềm tiến hành

song song, các phản hồi-hiệu chỉnh thực hiện

liên tục, cho tới khi có kết quả tốt nhất

 Đó là đồng kiểm nghiệm (Co-design)

Nhóm 9 - D11CNPM2

8

-> Sự kết hợp hài hòa HW với SW.

Quá trình thiết kế có thể “mềm hóa”

Nhóm 9 - D11CNPM2

10

1.3-Phân hoạch thiết kế

Giới thiệu:

 Các HTN tự phản ứng theo thời gian thực

(reactive real-time), hoạt động với cường độ

1.3-Phân hoạch thiết kế

Định nghĩa:

 Phân hoạch thiết kế là cách lựa chọn thiết kế

phần nào được giải quyết ở phần cứng và phần nào ở phần mềm, để có được một hệ thống với những đặc điểm chuyên biệt

-> Đây là quá trình quan trọng nhất của đồng thiết

kế

Nhóm 9 - D11CNPM2

12

1.3-Phân hoạch thiết kế

Sơ đồ:

1.3-Phân hoạch thiết kế

Ví dụ:

 Trong các ứng dụng SoC trong lĩnh vực đa

phương tiện và hệ thống giao thông thông minh Trong những ứng dụng đó, một lượng lớn dữ liệu phải được xử lý song song Ta sẽ thiết kế ntn ?

 Việc xử lý như vậy bằng phần mềm chạy trên

một bộ xử lý hiệu suất cao hoặc chỉ bằng phần

cứng là không hiệu quả trừ một vài cases

-> Một hệ thống phân hoạch phần cứng và phần

mềm tối ưu là cách tốt nhất

Nhóm 9 - D11CNPM2

14

1.3-Phân hoạch thiết kế

Diễn giải sự chọn lựa này:

Ưu điểm Nhược điểm Chỉ phần cứng - Hiệu năng cao

Nhóm 9 - D11CNPM2

18

2.2-Trình bày phương pháp

Phương pháp thiết kế cho SoCs từ trên xuống:

 Cơ sở của toàn bộ phương pháp này là thiết kế

từ trên xuống cho SoC

 Quá trình phân hoạch HW/SW gồm 2 giai đoạn:

+ Phân hoạc trên toàn mạch+ Phân hoạch ở cục bộ (sử dụng kỹ thuật đồng tổng hợp)

 Sau đó,hệ thống phân hoạch mới được vẽ trên

2.2-Trình bày phương pháp

Phương pháp thiết kế cho SoCs từ trên xuống:

 Phân hoạch toàn mạch

 SoCs gồm 2 nhóm: phần xử lý dữ liệu và phần

ứng dụng

-> Chia các Soc thành 2 nhóm(Xử lý dữ liệu và ứng

dụng).

 Nhóm ứng dụng, việc giao tiếp với bên ngoài

thường được thực hiện dựa trên các tiêu chuẩn đã định nghĩa rõ ràng.

-> Có thể thực hiện bởi một khối IP tối ưu đáp ứng các tiêu chuẩn đã đưa ra

Nhóm 9 - D11CNPM2

20

2.2-Trình bày phương pháp

Phương pháp thiết kế cho SoCs từ trên xuống:

Phân hoạch toàn mạch (tiếp)

 Phần ứng dụng thường hướng tới phần mềm

-> Thực hiện bằng phần mềm chạy trên một bộ xử lý

 Phần xử lý dữ liệu bao gồm rất nhiều nhiệm vụ

Gộp những nhiệm vụ có dữ liệu vào ra chung thành nhóm,các nhiệm vụ sẽ đc chia làm nhiều nhóm

-> Mỗi nhóm nhiệm vụ được thực hiện trên một bộ xử

2.2-Trình bày phương pháp

Phương pháp thiết kế cho SoCs từ trên xuống:

Phân hoạch toàn mạch (tiếp)

 Đa số các nhiệm vụ đều đòi hỏi thông lượng cao

-> Phù hợp với khả năng tăng tốc của phần cứng

 Sau khi đã xác định các nhiệm vụ phần cứng như trên,những nhiệm vụ này có thể gỡ bỏ từ các mô hình phần mềm và thực hiện như phần cứng

 Sau cùng, các hoạt động hệ thống được kiểm tra bằng cách thực hiện một hệ thống mô phỏng

Nhóm 9 - D11CNPM2

22

2.2-Trình bày phương pháp

Phương pháp thiết kế cho SoCs từ trên xuống:

Phân hoạch cục bộ(tiếp)

 Bước 2: Biên dịch và mô phỏng.Rồi thực hiện đánh giá, nếu đạt được hiệu suất yêu cầu thì đến bước 6

Nhóm 9 - D11CNPM2

24

2.2-Trình bày phương pháp

Phương pháp thiết kế cho SoCs từ trên xuống:

Phân hoạch cục bộ(tiếp)

 Bước 3: Từ bước 2 có được thông tin để lập hồ sơ Xác định phần nào nên thực hiên như phần cứng

2.2-Trình bày phương pháp

Phương pháp thiết kế cho SoCs từ trên xuống:

Phân hoạch cục bộ(tiếp)

 Bước 4: Thay đổi phần ko đạt yêu cầu Chuyển

phần xử lý nặng nhất của phần đó sang phần cứng

Nhóm 9 - D11CNPM2

26

2.2-Trình bày phương pháp

Phương pháp thiết kế cho SoCs từ trên xuống:

Phân hoạch cục bộ(tiếp)

 Bước 5: Thực thi chương trình một lần nữa và đánh giá lại các yêu cầu hiệu suất bằng mô phỏng

2.2-Trình bày phương pháp

Phương pháp thiết kế cho SoCs từ trên xuống:

Phân hoạch cục bộ(tiếp)

 Bước 6: Làm tài liệu HW và SW Hoặc tổng hợp

mức cao.

Nhóm 9 - D11CNPM2

28

2.2-Trình bày phương pháp

Sơ đồ thiết kế cho SoCs từ trên xuống:

2.2-Trình bày phương pháp

 Nền tảng SoC dựa trên RISC host và vi xử lý cấu hình:

 Đây là sơ đồ khối kiến trúc đại diện cho một nền tảng chung cho SoC phải xử lý âm thanh kỹ thuật

số và video

 Kiến trúc này gồm 3 thành phần: phần ứng dụng, phần xử lý dữ liệu và một bộ nhớ chia sẻ dữ liệu

Nhóm 9 - D11CNPM2

30

2.2-Trình bày phương pháp

 Nền tảng SoC dựa trên RISC host và vi xử lý cấu hình:

 Một bộ xử lý RISC thích hợp được lựa chọn trên

cơ sở từng trường hợp dựa trên các SoC mục

tiêu

 Phần xử lý dữ liệu: sử dụng bộ xử lý cấu hình

MeP

2.2-Trình bày phương pháp

 Local Partitioning và Kỹ thuật co-synthesis:

 Hegen là một công cụ mà đòi hỏi một mô hình

phần mềm được viết bằng ngôn ngữ C, và tự

động tạo ra một mô hình phần cứng C dựa trên từ một phần của mô hình phần mềm dựa trên thiết

kế hướng dẫn đơn giản Bên cạnh đó, Hegen đổi các mô hình phần mềm và tích hợp các thiết bị

điều khiển để kiểm soát các mô hình phần cứng C

tự động

Nhóm 9 - D11CNPM2

32

2.2-Trình bày phương pháp

 Local Partitioning và Kỹ thuật co-synthesis:

 - Luồng làm việc của hệ thống:

Ở giai đoạn này, các mô hình công nghệ phần

cứng, trình điều khiển thiết bị điều khiển, thiết lập các tập tin để tạo ra các trình biên dịch, và các tập tin thiết lập để tạo ra các mô phỏng, vv sẽ được tạo

ra tự động

Company Logo

Application Results

Single-Chip DVD SoC TC90600FG

Partitioning Results of TC90600FG Local-Partitioning Results

Khái quát về hệ

thống máy nghe

mềm của TC90600FG Các phác thảo

của các phần cứng của

TC90600FG

Single-Chip DVD SoC TC90600FG

Khái quát về hệ thống máy nghe nhạc DVD

 TC90600FG là một SoC single-chip

 Là mạch kênh đọc chế biến cho các hệ

thống máy nghe nhạc DVD, một mạch

servo kỹ thuật số, một điều khiển bộ điều

khiển vi mô và MPEG2 giải mã âm thanh / video được tải.

www.themegallery.com

Company Logo

giảm thiểu trong một nỗ lực để đáp ứng

nhu cầu ngày càng tăng đối với việc giảm

chi phí hệ thống

Các phác thảo của các phần cứng của

TC90600FG

 Để tạo ra các hệ thống đầu DVD với một

số lượng nhỏ các thành phần, một mạch

xử lý đầu cuối tương tự, một RISC để

kiểm soát và một mạch xử lý back-end

thực hiện bởi các phương tiện truyền

thông có thể cấu hình bộ xử lý Mép đã

được tích hợp vào một chip.

www.themegallery.com

Company Logo

 Trong TC90600FG, các phần mềm của hệ thống SoC cho người chơi DVD được

phân cấp cấu trúc với ba lớp tiếp theo thứ

tự giảm dần.

 (a) Các lớp cơ chuyển hướng

 (b) Các lớp cơ bản trình bày

 (c) Các nhiệm vụ lớp cơ

Các phác thảo của các phần mềm của

TC90600FG

 Các lớp cơ điều hướng GUI (Graphical

User Interface), giao diện điều khiển từ xa hồng ngoại, màn hình hiển thị bảng điều

khiển phía trước, khay đĩa và tái sản xuất

thiết lập điều kiện Lớp này chạy trên

TX19 và được kết nối với các lớp cơ bản

trình bày bằng cách gọi hàm được định

nghĩa bởi các API (Application

Programming Interface).

www.themegallery.com

Company Logo

 Các lớp cơ nhiệm vụ có thể được tạm

chia thành hai loại động cơ: kênh đọc cụ

kiểm soát / xử lý servo và động cơ xử lý

âm thanh / video

Partitioning Results of TC90600FG

 Bây giờ, chúng tôi trình bày các kết quả

của các phân vùng phần cứng / phần

mềm của TC90600FG.

 Trong số các chức năng players¡¯ DVD,

phần ứng dụng như điều khiển ổ đĩa

quang, xử lý dữ liệu kiểm soát và kiểm

soát một phần giao diện người dùng được thực hiện bởi các phần mềm chạy trên bộ

vi xử lý 32 bit RISC TX19.

www.themegallery.com

Company Logo

 Chúng tôi giải thích một phần của kết quả ứng dụng của phần cứng / phần mềm

phương pháp phân vùng địa phương của

TC90600FG Mép mô-đun chi tiết trong các phần tiếp theo.

Partitioning Results of TC90600FGwww.themegallery.com

Company Logo

Local-Partitioning Results

 Chúng tôi đã áp dụng một phương pháp

phân vùng hai giai đoạn được trình bày ở

đây với nhiệm vụ giải mã video (sau đây

gọi là VDec) được sử dụng trong

Local-Partitioning Results

 Tuy nhiên, các chương trình VDec C sau

khi phân vùng toàn cầu đã giảm ngắn của việc thực hiện yêu cầu của hơn 10% Vì

vậy, các phương pháp phân vùng địa

phương được áp dụng cho chương trình

này.

www.themegallery.com

Company Logo

Local-Partitioning Results

 Các hồ sơ kết quả thực hiện mô phỏng

VDec chỉ ra rằng giải mã các vector

chuyển động và xác vector chuyển động

(sau đây gọi là PMV) được tiêu thụ rất

nhiều thời gian chế biến Do đó, chúng tôi

đã chuyển việc thực hiện PMV từ phần

mềm đến một công cụ phần cứng chuyên

dụng Đầu tiên chúng ta tạo ra một mô

hình mô phỏng C của PMV và khẳng định

Local-Partitioning Results

 Sau đó chúng tôi chuyển đổi các mô

phỏng mô hình C vào RTL sử dụng tổng

hợp cao cấp Với sự chuyển đổi này, tốc

độ của VDec được cải thiện bằng 19% và

hiệu suất cần đạt được.

www.themegallery.com

Company Logo

Local-Partitioning Results

 Như vậy đến nay, chúng tôi đã giải thích

những gì đã được thực hiện trong quá

trình thiết kế SoC thực tế Chúng tôi đã cố gắng để tiếp tục tăng tốc độ VDec này

bằng cách áp dụng các công nghệ hợp

tổng hợp.

Local-Partitioning Results

www.themegallery.com

Company Logo

Local-Partitioning Results

 Điều này cộng thêm công nghệ phần

cứng PMV và quá trình giải mã các vector chuyển động, trao đổi dữ liệu được thực

hiện nhiều lần Nó có nghĩa là một số các

quy trình để giải mã các vector chuyển

động có thể được thêm vào các công cụ

phần cứng PMV.

Local-Partitioning Results

 Vì vậy, chúng tôi đang thiết kế các mô

hình đặc điểm kỹ thuật mà trong đó các

mô hình phần cứng của công nghệ phần

Local-Partitioning Results

Local-Partitioning Results

 Như thể hiện trong Bảng 3, hiệu suất tốt

hơn so với ¡° Default¡ ± trường hợp chỉ có một mô hình phần mềm được sử dụng đã được quan sát thấy trong tất cả các

trường hợp Bên cạnh đó, hiệu suất đã

được cải thiện bằng 36% tối đa so với

thông thường công nghệ phần cứng PMV

mà chỉ có các PMVEngine như là một mô

hình phần cứng.

www.themegallery.com

Company Logo

Thank You !