《基于Xilinx FPGA的多核嵌入式系统设计基础》课件第7章

7.1单核/多核体系的性能指标对比7.2多种嵌入式处理器性能对比7.3基于Tilera的众核体系7.4本章小结

7.1.1单核/多核体系执行时间对比

单核/多核体系在进行RGB2YCRCb以及DCT变换的执行时间对比表如表7.1.1所示，对测量结果读者已在上章填写了。统计结果若有细微出入属于系统性能差异造成，没有太大的影响。7.1单核/多核体系的性能指标对比表7.1.1算法于单核、多核系统上执行时间的比较7.1.2单核/多核体系占用资源对比

多核系统由于采用了并行环路体系并摒弃了单核阻塞状况下的等待时间，从而能够达到处理时间上的优化；但是另一方便其对片上资源的消耗也会随着从处理器的增加与日俱增(见表7.1.2)，在这里需要对资源与性能比作出一定的权衡。在通常的工程设计方案中，我们一般遵循在满足性能要求的基础上实现有限资源的最大化利用，及尽量避免以资源过度损耗来达到提升系统性能的策略。表7.1.2多核/单核体系下硬件资源占用率对比表7.1.3基于实验的多核体系架构的几点改进

由于本书中有关多核嵌入式系统的研究课题较为新颖，故给广大读者留有许多创新空间，这里我们给出几点建议，希望能起到抛砖引玉的效果。7.2.1Actel软硬核处理器

1) CoreMP7软核处理器

ARM7是目前业内最为广泛使用的32位RISC微处理器之一，Actel的CoreMP7则是广受欢迎的ARM7TDMI-S处理器的软IP版本，并已针对Actel的M7系列FlashFPGA器件M7Fusion和ProASIC3进行优化，能最大限度地提高速度和减小处理器尺寸。其芯片如图7.2.1所示。7.2多种嵌入式处理器性能对比图7.2.1CoreMP7芯片

2) Cortex-M1软核处理器

32位的Cortex-M1处理器系ARM与Actel合作开发，是首个专门针对FPGA应用而设计的ARM处理器，其运行速度高达68MHz，而所需的逻辑单元(tiles)却少至4353个。该处理器芯片的模块图如图7.2.2所示。图7.2.2Cortex-M1芯片的模块图3) Cortex-M3硬核处理器

ARMCortex-M332位处理器经专门设计，为微控制器、汽车车身系统、工业控制系统和无线网络等广泛应用提供了一个高性能、低成本的平台。

Cortex-M3的工作频率达到了100MHz，其核心基于三级管线哈佛总线结构，整合了硬件单周期乘法器和硬件除法器等先进功能。其模块图如图7.2.3所示。图7.2.3Cortex-M3处理器模块图7.2.2Altera软硬核处理器

1) ARM922硬核处理器

ARM922T是ARM系列中的一款32位通用嵌入式处理器，它的设计目标是用于多道程序设计，以较低的功耗提供较高的性能。其模块图如图7.2.4所示。图7.2.4ARM922T处理器模块图

2) NiosII软核处理器

Altera推出的NiosII系列嵌入式处理器扩展了目前世界上最流行的软核嵌入式处理器的性能，并降低了其成本。把NiosII嵌入到Altera的StratixII、Stratix、Cyclone和HardCopy系列器件中，用户可以获得超过200DMIP的性能，在FPGA中实现成本只有35美分。由于处理器是软核形式，具有很大的灵活性，用户可以在多种系统设置组合中进行选择，达到性能、特性和成本目标的最优化。其模块图如图7.2.5所示，图7.2.5NiosII处理器模块图7.2.3Lattice嵌入式处理器

LatticeMico32是一个32位哈佛，RISC体系结构的软核处理器，莱迪思(Lattice)正在推出该微处理器核的硬件描述语言(HDL)代码、由LatticeMico32系统生成的多种外围元件以及所选择的工具。它们基于一种开放式源代码的格式，提供了可见性、灵活性和可移植性。其模块图如图7.2.6所示。图7.2.6LatticeMico32处理器模块图7.2.4Actel、Altera、Lattice和Xilinx

嵌入式处理器性能比较

Actel、Altera、Lattice和Xilinx嵌入式处理器性能比较如表7.2.1所示。表7.2.1Actel、Altera、Lattice和Xilinx嵌入式处理性能比较

Tilera公司是在多核技术方面拥有独家先进技术的公司。Tile处理器实现了Tilera公司的多核体系，Tile处理器由一个融合了很多计算模块的二维数组(每个模块称为一个Tile)组成，模块之间通过多种二维网状网络连接。图7.3.1展示了Tile处理器的硬件体系结构。7.3基于Tilera的众核体系图7.3.1Tile处理器的硬件体系结构本章主要对前一章图像处理算法在单核及多核系统上的处理