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运用FPGA进行控制平面/数据平面视频处理

发布时间:2022-10-09 05:43 作者:爱游戏app 点击: 【 字体:

本文摘要:嵌入式设计人员面对的仅次于挑战之一就是界定系统的性能需求。借以确认实际性能需求所需的信息要么无法提供,要么难以获得。 最准确的估计有时也不会因无法预料的计算出来负荷而过热。分析一般来说不会认为,对于数据处理市场需求而言嵌入式处置系统的成本效益太低。 因此,系统设计人员高度渴求享有可拓展的需要适应环境性能需求潜在变化以及需要继续执行高性能数据处理的架构。而在FPGA内部实行的掌控平面/数据平面处置架构就需要有效地符合上述拒绝。 什么是掌控平面/数据平面处置?

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嵌入式设计人员面对的仅次于挑战之一就是界定系统的性能需求。借以确认实际性能需求所需的信息要么无法提供,要么难以获得。

最准确的估计有时也不会因无法预料的计算出来负荷而过热。分析一般来说不会认为,对于数据处理市场需求而言嵌入式处置系统的成本效益太低。

因此,系统设计人员高度渴求享有可拓展的需要适应环境性能需求潜在变化以及需要继续执行高性能数据处理的架构。而在FPGA内部实行的掌控平面/数据平面处置架构就需要有效地符合上述拒绝。  什么是掌控平面/数据平面处置?为什么您的下一代嵌入式系统可能会必须它?  在无法用软件已完成所有处置工作的系统中,设计人员可以通过多种途径来取得其他性能。他们可以使用平面或者非对称处置配备的多处理器;用于硬件协处理器;或者将数据处理任务合并给一个或多个专用处理单元就像在掌控平面/数据平面内展开处置一样。

  在这种编程方式下,数据处理被分为两个有所不同的平面。掌控平面代表着对性能影响并不大的算法元素,比如管理性任务、用户界面和操作系统功能。同时,数据平面代表着数据在系统中的流动,例如视频流或音频流及其处置。

在数据平面上,设计人员使用诸如流水线这样的技术来强化数据吞吐能力。掌控平面/数据平面处置的典型应用于还包括流视频、网络包在处置以及高速信号处理。  让我们来近距离仔细观察一个牵涉到流数据实时处理的掌控平面/数据平面应用于。

我们将面对高清视频流特有模式的辨识。该鉴拒绝混合用于高性能数据处理和包括嵌入式微处理器的掌控功能的多种应用于的典型代表。  720p/60Hz的HD视频流的像素频率为74.25MHz。

这就拒绝222.75MB每秒的处置速率。假设使用2.5GHz的双核双指令处理器来处置该数据,最佳的指令率为10G指令每秒。

这样的处理器可针对所处置数据的每一字节继续执行22.4条指令。对某些应用于而言这早已充足了,但22.4条指令指出所能处置的数据十分受限。简单的视频处置功能,比如内核卷积(kernelconvolution)、噪音消退和其他过滤器功能必须更高的指令继续执行效率。本文的解决方案打算在数据平面上创立分段或流水线处理单元。

  HD视频处置是一种可以把问题区分为掌控平面和数据平面不予高效处置的少见的现实应用于。作为一种高度并行处理单元,FPGA在本例中负责管理视频处置,同时由FPGA内部的中等性能处理器负责管理视频处置流水线。该处理器可专用于单个应用于,也可以运营诸如Linux这样的操作系统。

最后构成的硬软件混合实施方案可以把处置交付给需要展开最佳处置的部分,构建低成本、高性能数据处理解决方案。图1表明的是典型的掌控平面/数据平面系统。    图1:典型的掌控平面/数据平面处置系统。

  使用FPGA构建计算出来阻抗平衡  除了高昂的ASIC,FPGA是性能最低、最不具经济效益的流数据处理单元实行方法。FPGA因其灵活性的架构而能让设计人员实行包括分段和流水线单元的处置系统。这样设计人员才可优化系统的性能和时延。

  设计人员随后可以将该数据平面解决方案应用于外部的并存微处理器以展开掌控。在FPGA内部重新加入该处理器需要带给多项优势。内部处理器需要大大减少处理器和数据平面单元之间的掌控时延。时延的增加可以释放出来许多处理器周期。

外部处理器必需与数据平面维持通信。通信地下通道可以是32位或者更加多位数,并同时必须更加多导线用作传输速率和掌控。

减少的导线可能会拒绝更加强劲的处理器和FPGAPCB,从而导致系统成本增加。而使用PCIExpress(PCIe)能大幅增加插槽数量。失望的是,不是所有的处理器和FPGA都反对这种比较新型的模块,而且即便反对,PCIe器件的成本也大大低于不使用PCIe的同类器件。

  在FPGA内部实行掌控平面处理器和数据平面可以增加器件数量、板级空间和功耗,最后构成一个低成本的解决方案。在FPGA内既有诸如PowerPC等硬核处理器,也有赛灵思MicroBlaze等硬核处理器,可以根据应用于拒绝配备基于FPGA的处理器。基于FPGA的系统需要在处理器和FPGA逻辑之间重制决策和计算出来功能,从而构建系统级的优化。


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