Микропроцессорные системы - Александров Е.К.
ISBN 5-7325-0516-4
Скачать (прямая ссылка):
подключения к выходным разъемам печатной платы. Подобная возможность
следует из способности современных БИС ПЛ обеспечивать различные варианты
монтирования одного и того же проекта в одну и ту же БИС.
8.1.6. СОПРЯЖЕННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СОПРЯЖЕННАЯ ВЕРИФИКАЦИЯ
До настоящего времени в проектировании аппаратно-программных систем
доминирует подход, основанный на разделении задачи на аппаратно-
реализуемую и программно-реализуемую части на ранних этапах
проектирования, и эти части проектируются относительно независимо вплоть
до окончательного объединения системы. Тесное взаимодействие аппаратных и
программных средств как в системах типа "процессор общего назначения -
программируемый аппаратный периферийный модуль", так и в системах SOPC
потребовало разработки новых подходов к процессу проектирования, что
нашло свое отражение в концепции "сопряженного проектирования аппаратно-
программных систем" - (Hardware-Software Codesign).
Основа методологии сопряженного проектирования (сопроектирования) -
параллельная взаимосвязанная проработка программных и аппаратных средств,
что обеспечивает создание наиболее эффективных конфигураций при
сокращении времени разработки.
Концепция сопроектирования предполагает решение следующих вопросов.
• Анализ задачи и ее разделение на фрагменты, безусловно назначаемые к
исполнению программно, безусловно исполняемые в аппаратуре, и фрагменты,
которые могут быть назначены как в аппаратную, так и в программную части
таким образом, чтобы максимизировать показатель качества системы в целом
в зависимости от имеющихся ресурсов. Процедуру такого предварительного
распределения весьма сложно формализовать. Рекомендуется назначать в
программную часть сравнительно редко выполняемые фрагменты и фрагменты,
требующие больших аппаратных ресурсов, например, содержащие операции
арифметики с плавающей запятой. К безусловно аппаратным относят обычно
операции непосредственного управления периферией.
• Создание библиотеки возможных исполнителей алгоритмов, типичных для
предполагаемой области применения. Каждый объект такой библиотеки
представляет некоторую задачу и включает несколько вариантов программной
реализации, например, в форме С-кодов, а также несколько вариантов
реализующих структур, обычно представляемых как описания на языках
схемотехнического проектирования, например VHDL. Эти варианты
сопровождаются количественными характеристиками возможных исполнителей,
таких как время исполнения, затраты памяти, используемые ресурсы
микросхем программируемой логики.
• Выбор оптимального сочетания исполнителей частей задачи исходя из
определенной целевой функции, ограничений и характеристик задачи. Обычно
за критерий оптимиза-
834
р
МЕТОДИКА И СРЕДСТВА ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ции принимается время исполнения задачи. Имеющиеся ресурсы (память,
свободные макроячейки FPGA и т. п.) выступают как ограничения. Задача
поиска оптимума является дискретной оптимизационной задачей. Прямые,
"точные" методы оптимизации, такие как метод ветвей и границ, требуют
весьма большого времени решения. Известен ряд приближенных эвристических
методов сокращения перебора, которые позволяют решать задачу выбора
исполнителей с приемлемой точностью при сравнительно небольших затратах.
• Разработка соответствующего интерфейса между процессором общего
назначения и специализированным модулем, равно как и между блоками,
включаемыми в аппаратную часть системы. При этом следует обращать
внимание на такие проблемы, как согласованность форматов данных,
буферизация, взаимное оповещение и взаимное блокирование процессов.
Функции, назначенные для аппаратной реализации, должны объединяться и
компилироваться в файл конфигурации, который используется при настройке
программируемых логических схем. Если дополнительный модуль реализован на
оперативно репрограммируемых БИС (FPGA), то конфигурационный файл
загружается в них при запуске соответствующей задачи. В программной части
соответствующие модули заменяются процедурами преобразования данных в
форму, "понятную" для аппаратных блоков. Эти процедуры вычисляют
вспомогательные переменные и выполняют обмен с сопроцессорным блоком в
соответствии с принятым протоколом.
Ресурсы, предоставляемые БИС ПЛ вообще, а в особенности классом SOPC,
будучи поддержанными возможностями, предназначенными для их
проектирования современными САПР, существенно расширили рамки совместного
проектирования, позволяя говорить о совместной верификации и отладке
аппаратных и программных средств (Co-verification).
Основным достоинством такой совмещенной процедуры является сокращение
требуемого времени. При традиционном раздельном процессе проектирования
аппаратных и программных средств неизбежно возникающие итерационные
возвраты в проектной последовательности требовали для своей реализации
нескольких недель, использование же современных подходов и современных
технических средств позволяет выполнять подобные возвраты значительно
