導(dǎo)航系統(tǒng)SoC芯片設(shè)計(jì)方案分析

2.1 測(cè)試平臺(tái)

(1)硬件測(cè)試平臺(tái)

硬件測(cè)試平臺(tái)如表1所列。

TSIM仿真器通過(guò)主機(jī)的浮點(diǎn)機(jī)制來(lái)進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算仿真，因此仿真器的浮點(diǎn)精度與主機(jī)平臺(tái)相關(guān)。仿真器的時(shí)間精度與MeikoFPU相同，集成FPU的LEON3相當(dāng)于集成MeikoFPU的LEON3。

(2)軟件測(cè)試平臺(tái)

①LEON2和LEON3在Linux 2.6.11下運(yùn)行。

②直接使用gcc編譯生成程序加載到LEON上并運(yùn)行，無(wú)操作系統(tǒng)。

③Samsung S3C2410在Linux 2.4.18下運(yùn)行。

(3)不同硬件測(cè)試平臺(tái)上測(cè)試程序說(shuō)明

不同的硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)的搭配需在編譯程序過(guò)程中指定特定選項(xiàng)(通過(guò)Makefile管理)：

①-mmft-float選項(xiàng)。LEON平臺(tái)上若未集成FPU，則進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算必須指定該選項(xiàng)，此時(shí)所有浮點(diǎn)運(yùn)算轉(zhuǎn)化為軟件模擬實(shí)現(xiàn)，代價(jià)是運(yùn)行時(shí)間大大增加，優(yōu)勢(shì)是能夠節(jié)省硬件資源(加入FPU后LEON的LE的使用率是無(wú)FPU情況下的近2倍)。

②-mv8選項(xiàng)。LEON平臺(tái)上配置硬件整數(shù)乘除法構(gòu)件時(shí)需要指定該選項(xiàng)。

③sparc-Iinux-gcc和sparc-elf-gcc編譯器。對(duì)于LEON平臺(tái)，若在Linux系統(tǒng)上運(yùn)行測(cè)試程序，則需用sparc- linux-gcc進(jìn)行編譯，程序使用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)完成鏈接;若直接在LEON硬件上加載運(yùn)行，則需用sparc-elf-gcc進(jìn)行編譯，程序使用靜態(tài)鏈接庫(kù)完成鏈接。

④arm-linux-gcc編譯器。ARM9的S3C2410編譯器為arm-linux-gcc。

⑤-O3優(yōu)化選項(xiàng)。LEON和ARM的微處理器通過(guò)指定該選項(xiàng)進(jìn)行程序算法優(yōu)化。

2.2 測(cè)試項(xiàng)目及說(shuō)明

測(cè)試項(xiàng)目1：整型數(shù)組與浮點(diǎn)數(shù)組的加法、乘法及乘加運(yùn)算。每種類型的運(yùn)算都循環(huán)50 D00次，以驗(yàn)證LEON各種平臺(tái)和ARM9的MCU在數(shù)學(xué)運(yùn)算上的性能，并分析加入Linux系統(tǒng)后程序運(yùn)行性能的變化。

測(cè)試項(xiàng)目2：?jiǎn)未螢V波算法，程序每一次運(yùn)行包含12 791次浮點(diǎn)乘法和13 595次浮點(diǎn)加法，以驗(yàn)證在導(dǎo)航系統(tǒng)的濾波算法中LEON在多種配置下的性能。

測(cè)試程序采用clock()系統(tǒng)調(diào)用獲取算法開(kāi)始運(yùn)行和結(jié)束運(yùn)行的時(shí)間，并以算法的運(yùn)行時(shí)間作為衡量系統(tǒng)效能的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 測(cè)試總結(jié)

LEON平臺(tái)靈活的軟硬件配置在多項(xiàng)測(cè)試中表現(xiàn)優(yōu)異，總結(jié)如下：

①與主流ARM9微處理器在數(shù)學(xué)運(yùn)算上性能相當(dāng)。

②嵌入式Linux操作系統(tǒng)平臺(tái)相對(duì)于無(wú)系統(tǒng)平臺(tái)有一定資源開(kāi)銷，根據(jù)具體應(yīng)用合理選擇軟件平臺(tái)是否需要嵌人式Linux系統(tǒng)。

③指定-mv8和-O3選項(xiàng)后程序性能提升顯著，根據(jù)具體應(yīng)用合理選擇是否配置整數(shù)硬件乘除法器。

④LEON硬件配置FPU后浮點(diǎn)運(yùn)算性能提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，代價(jià)是綜合需要的邏輯資源增長(zhǎng)一倍，在權(quán)衡性能和可編程器件資源后合理選擇配置方案。

結(jié)合導(dǎo)航系統(tǒng)SoC芯片高速數(shù)據(jù)處理的需求，設(shè)計(jì)方案定型為L(zhǎng)EON+FPU，在測(cè)試中能夠滿足系統(tǒng)的運(yùn)算吞吐量指標(biāo)要求。