如何采用FPGA协处理器实现算法加速

时间：04-29 来源：Eefocus 点击：

图4：Mandelbrot图

Mandelbrot图形是硬件/软件协同设计的理想选择，因为它具有单个运算密集的函数。通过将关键的函数转移到硬件实现将大大地增加整个系统的速度，使这个关键函数更快。Mandelbrot应用还能清楚地区分硬件和软件进程，使用C-HDL工具很容易实现。

本文使用CoDeveloper工具组作为C-HDL工具组用于该设计实例，而且只修改了软件Mandelbrot C程序以使其与C-HDL工具兼容。其中的改变包括：将软件项目分割成不同的进程(顺序执行的独立单元)；函数接口转换(硬件到软件)到流；增加编译器指令来对产生的硬件进行优化。我们随后使用CoDeveloper工具组来创建Pcore协处理器，将该协处理器输入到Xilinx Platform Studio(XPS)。利用XPS，我们将PC连接到PowerPC APU控制器接口，并测试系统。

Xilinx公司的应用说明资料XAPP901中提供了该设计的全面描述和设计文件，并提供下载。同时，用户指南UG096提供一种实现设计实例的逐步设计指导。

我们对Mandelbrot图像纹理问题、图像滤波应用和三倍DES加密的性能改善进行了测量。性能改善显示了从11倍到34倍的加速，在表2中做出了总结。

表2：通过协处理器加速器的算法加速性能对比

本文小结

受功率、尺寸和成本的约束，你可能需要做出一个并非理想的处理器选择，通常所选择处理器性能比期望的性能低。当软件代码不能运行足够快时，协处理器代码加速器成为一种很有吸引力的解决方案。你可以在HDL中手动设计加速器或使用C-HDL工具自动将C代码转换成HDL。

使用Impulse C这样的C-HDL工具能使加速器运行更快且更简单。Virtex-4 FX FPGA具有两个嵌入式PowerPC，能实现处理器指令流水线到软件加速器之间紧密的连接。如上所述，关键的软件程序增加速度10倍到30倍，使300MHz的PowerPC提供等于或高于高性能GHz级处理器的性能。上面的实例每个只需要几天的时间来产生，显示了采用C-HDL流程的快速设计、实现和测试。

作者：Glenn Steiner,高级工程经理,glenn.steiner@xilinx.com
Kunal Shenoy,设计工程师,kunal.shenoy@xilinx.com
Dan Isaacs,嵌入式处理总监,dan.isaacs@xilinx.com 赛灵思公司先进产品分部

David Pellerin,首席技术官,david.pellerin@impulsec.com Impulse Accelerated技术公司

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