王勝德臺灣大學：電機工程學研究所廖威霖Liao, Wei-LinWei-LinLiao2007-11-262018-07-062007-11-262018-07-062007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/53300在本論文中，我們提出一套適用於軟硬體協同設計之效能預估方法，並且實作於硬體平台上驗證模擬結果之效能預估準確度。我們採用GEZEL作為軟硬體協同模擬環境，透過GNU gprof進行軟體程式分析，將最耗系統資源及運算複雜度高的區塊，以SystemC或GEZEL設計成硬體模組，利用GEZEL模擬環境所提供的介面將軟體及硬體模組連接起來，進行軟硬體協同模擬。藉由軟硬體協同模擬的結果，我們成功地將FIR (Finite Impulse Response) Filter實作於同時具有ARM和DSP雙處理器之OMAP5912平台，驗證模擬結果之效能預估準確度，在該平台上我們採用DSP Gateway做為軟硬體模組之間連接溝通的橋樑，由於此種軟硬體溝通方式是基於作業系統的架構下，上層的軟體模組必須透過系統呼叫、驅動程式來和底層的硬體模組溝通，必須考慮到溝通及資料交換時所付出的成本，因此，我們實際量測出DSP Gateway所需的最低溝通成本，欲將特定功能或運算移至DSP端實現時，須大於最低溝通成本，否則以硬體實現後之軟硬體協同設計效能將不增反減，藉由我們所提出的方法進行模擬及驗證將可得到準確度高的效能預估結果。In this paper, we propose an approach of performance estimation for HW/SW co-design using the GEZEL co-simulation environment. We also implement the design with the OMAP platform and verify the result of co-simulation for accuracy of performance estimation. We use the GNU gprof utility to analyze the source code and take advantage of SystemC or GEZEL to design hardware modules for the most time-consuming block. The hardware and software co-simulation is achieved by using the interface provided by GEZEL to link hardware and software modules. Also we have compared the co-simulation result with the actual execution of the hardware/software implementation in the OMAP platform. We are successful in implementing the FIR (Finite Impulse Response) Filter on OMAP5912 which contains ARM and DSP dual-processor. The result is coincided with the co-simulation done by the GEZEL envrionment. On the OMAP platform, we use the DSP Gateway to bridge hardware and software modules. Communication overheads are raised by the architecture of the operating system, where the upper layer software modules need to communicate with lower layer hardware modules via system calls and drivers. Thus, we have to consider the overheads of communications and context switches. We measure the communication overhead of the DSP Gateway for read and write operations. Through this proposed methods, we are able to acquire high accuracy of performance estimation for HW/SW co-design.致謝 i 中文摘要 ii Abstract iii 目錄 iv 圖目錄 vi 表目錄 ix 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 軟硬體協同設計發展概況 1 1.2.1 軟體導向 1 1.2.2 硬體導向 2 1.2.3 Profiling and Partitioning 2 1.2.4 Performance estimation/exploration 2 1.3 相關研究 3 1.4 本論文的組織架構 3 第二章 軟硬體協同模擬之系統架構及方法 5 2.1 系統架構及方法 5 2.1.1 基本概念 5 2.1.2 SimIt-ARM 6 2.1.3 GEZEL 8 4.1.1 GNU gprof 10 2.2 軟硬體協同模擬之溝通介面 13 2.2.1 Memory-mapped 13 2.2.2 Special-Function Unit (SFU) 15 2.2.3 Fast-Simplex-Link (FSL) 16 2.2.4 基於不同軟硬體溝通介面模擬比較 18 2.3 軟硬體協同模擬以JPEG編碼器為範例 19 2.3.1 軟硬體協同模擬環境 19 2.3.2 實驗設計 20 2.3.3 軟硬體協同模擬結果分析 20 第三章 軟硬體協同設計之系統架構及方法 23 3.1 系統架構及方法 23 3.2 TI OMAP5912開發平台 23 3.2.1 TI OMAP平台介紹 24 3.2.2 採用雙處理(ARM9 + DSP)的優點 25 3.2.3 OMAP5912硬體架構 25 3.2.4 OMAP5912軟體架構 26 3.2.5 DSP / BIOS Bridge介紹 27 3.2.6 General Purpose processor -- ARM925 28 3.2.7 DSP processor -- TMS320C55x 28 3.2.8 週邊設備裝置 29 3.2.9 TI’s 整合開發環境工具 – CCS 29 3.3 嵌入式Linux介紹 30 3.3.1 Linux檔案系統 32 3.4 OMAP5912 平台之DSP開發環境 37 3.4.1 DSP Gateway介紹 37 3.4.2 DSP Gateway 架構 37 3.5 軟硬體溝通成本 39 第四章 軟硬體協同設計之實現及驗證 40 4.1 實驗(一) 軟硬體協同設計之FIR Filter實現 40 4.1.1 FIR Filter介紹 40 4.1.2 實驗設計 41 4.1.3 實驗結果分析及比較 42 4.2 實驗(二) 軟硬體協同設計之JPEG編碼器實現 43 4.2.1 JPEG編碼介紹 43 4.2.2 實驗設計 45 4.2.3 實驗結果分析及比較 46 4.3 實驗(三) 軟硬體協同設計之MP3播放器實現 48 4.3.1 MP3解碼介紹 48 4.3.2 嵌入式Linux之MP3播放器 -- madplay 48 4.3.3 Profiling & Partioning 49 4.3.4 程式修改 50 4.3.5 實驗設計 51 4.3.6 實驗結果分析及比較 51 第五章 結論及未來工作 54 5.1 結論 54 5.2 未來工作 54 參考文獻 56 附錄一 59 附錄二 792641889 bytesapplication/pdfen-US效能估計軟硬體協同設計協同模擬OMAP硬體加速Performance estimationHardware/Software Co-designCo-simulationHardware accelerationthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/53300/1/ntu-96-P93921006-1.pdf