一種ARM+DSP協(xié)作架構(gòu)的FPGA驗證實現(xiàn)

　　3.4 軟硬件協(xié)同驗證

　　軟硬件協(xié)同驗證是較好的驗證方式（或調(diào)試方式），二者都是為了保證系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)正確的有效手段。在整個FPGA系統(tǒng)實現(xiàn)過程中，非常有必要結(jié)合前端軟件仿真波形來參照調(diào)試系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的功能運行情況，這樣可以大大簡化研發(fā)進程，有效地縮短調(diào)試周期?？梢哉f，如果不結(jié)合前端軟件仿真波形來協(xié)同驗證的話，要想實現(xiàn)一個較為復(fù)雜的體系結(jié)構(gòu)是非常困難的。

　　一般而言，對于這樣一個較為復(fù)雜的體系結(jié)構(gòu)需要先進行前端RTL代碼的軟件仿真，因為前端仿真對于糾正RTL級代碼以及功能方面的錯誤是非常方便的，而且它所需要的驗證周期和糾錯難度比硬件的FPGA驗證要有利得多。但是FPGA硬件驗證，其真實性又是非常可靠的。所以驗證波形完全調(diào)試通過之后，可以非常有效地指導(dǎo)FPGA的實現(xiàn)。當(dāng)FPGA在調(diào)試某項功能時出現(xiàn)了問題，可以通過邏輯分析儀將可疑端口節(jié)點出來的觀測點波形導(dǎo)出來對照軟件仿真波形來查找問題，這是一種非常有效的手段。

　　3.5 Demo演示速度的調(diào)整

　　目前，開發(fā)板選用的晶振頻率為24MHz，穩(wěn)定的演示版本速度能夠達到28幀/秒，為人眼所能接受的連續(xù)視頻速度，效果已經(jīng)相當(dāng)好。這是經(jīng)過了各種調(diào)試才達到的效果。主要原因在于考慮比較周全：DMA在傳輸圖像序列的時候，所用到的FIFO在設(shè)計之初就考慮到了FPGA的容量和利用率，認識到其容量有限，在現(xiàn)有的FIFO容量下，要想調(diào)整到一個DMA與PC機雙方網(wǎng)口傳輸速度的精確狀態(tài)不太容易，如果運行速度太快，交互同步不準確，就會有丟包的現(xiàn)象發(fā)生；如果為了更方便的調(diào)試和達到更好的速度性能，可以選用更大容量的FPGA，設(shè)計更大容量的FIFO，這樣每一次圖像傳輸就可以傳送更多的圖像數(shù)據(jù)，減少DMA搬運的次數(shù)，傳輸雙方的交互過程較為容易控制。表1給出了從開始演示速度不理想到較為理想所做的調(diào)整過程。從表1中可以看出，單獨調(diào)整晶振頻率，速度提升并不明顯。這說明了速度瓶頸不在硬件代碼性能上，關(guān)鍵在于演示界面的軟件代碼、ARM的Cache打開與否以及圖像搬運的速度三方面。同時還可以看出Cache的打開對于速度影響很大，說明ARM的取指速度受到影響。目前ARM的運行指令是放在Flash中，如果改成從SRAM中取指，估計效果會更加理想。

　　從以上分析可見，ARM在整個設(shè)計中所起的主要作用是控制圖像的輸入輸出，以及循環(huán)控制DSP Core的運行停止等狀態(tài)；DSP Core的主要作用是處理運算應(yīng)用程序，計算小目標識別程序。這樣既分工又合作，能夠充分發(fā)揮ARM的控制功能以及DSP Core的數(shù)字運算處理功能。

　　與此同時，由于ARM在整個設(shè)計當(dāng)中主要起到一些輔助的控制作用，ARM922T的一些擴展DSP運算功能沒有用到，如果綜合考慮到成本和性價比等因素，可以考慮采用ARM7硬核、NIOS 或其他形式的軟核替代。

　　參考文獻

　　[1] FURBER S,田澤,于敦山.ARM SOC體系結(jié)構(gòu).盛世敏,譯.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2002.

　　[2] CSCHWIND M． FPGA prototyping of a RISC processor core for embedded applications． IEEE Transactions on Very Large Scale Integration(VLSI)Systems，2001,9(2).

　　[3] Hardware Reference Manual Version 3.1. www.altera.com 2002-11.