第8节 折衷设计.ppt

8 折衷设计 8.1 折衷研究 8.2 算法的复杂度 8.3 软件-硬件折衷 8.4 软件的空间-时间折衷 8.5 硬件的空间-时间折衷 8.1 折衷研究 二、标准折衷研究 步骤： 1、明确折衷研究的目标 2、列出必须考虑的限制条件 3、定义评价标准 4、根据标准，给不同的方案打分 5、从候选方案选择一个 6、验证所选方案是否达到了设计目标 8.2 算法的复杂度 8.3 软件-硬件折衷 一、控制类型 二、举例 1、乘法器 软件实现（算法、改进算法） 硬件实现（串行、并行） 2、红外信号处理 要求：检测器设计一个红外滤波器，以实现两个数据预处理算法。 实现方案：①TMS320C80 (MVP)作为核心； ②FPGA 为基础构建的可编程处理器CHAMP（可编程算法映射处理器)作为核心。 三、小结 1、采用软件实现方法，能否满足对速度和存储空间 的要求。 2、如果软件实现方法不但能满足性能要求，而且还留有足够的改进空间，则选用软件实现方法。通常要求实际的系统的程序存储器有50％的富余，且系统的运算速度比设计要求快1.5倍。 3、如果软件实现方案难以令人满意，就应该使用硬件实现方法。硬件实现应尽量选用已有的技术，将新的硬件设计减少到最低程度。可以选用多个现有的处理器，来构建多处理器系统，以满足设计要求。 4、如果上述多处理器系统仍然不能令人满意，则必须设计全新的专用处理器。 8.4 软件的空间-时间折衷 一、空间-时间折衷 软件空间-时间折衷就是用更多的存储器空间来提高程序的执行速度。将尽量多的信息预先计算出来，并存放在存储器中，能提高程序的速度。比如查表；子程序的使用：省存储器，增加执行时间。 实现算法的编程语言：高级语言；汇编语言。 单个或多个处理器来实现算法：单个处理速度慢，但软件开发时间较短；多个吞吐量虽大，但软件的开发时间较长，且占用的存储空间较大。 二、算法的开发和编程语言 程序设计还有设计时间和执行时间的折衷问题。 优化程序能提高程序的执行速度。开发语言的任务就是准确地描述一个算法，使研究人员和开发人员理解、修改该算法。编程语言则用来准确地描述处理机如何运行一个算法。在开发信号处理系统的过程中，必须将算法的开发语言描述转换到程序设计语言描述。这样的转换可以手工完成，也可以由专用软件自动完成，或者将上述两种方法结合使用。 8.5 硬件的空间-时间折衷 解决方法： 1、用能同时完成任意一对处理单元之间数据通信的传输网络，或者跨接条开关代替点对点连接。 2、将算术运算单元和存储器单元分开，并使它们都和数据传输网络相连接。 3、增加一个调度模块。当一个节点所需要的输入数据全部到达之后，调度模块就为其分配一个算术逻辑单元以执行该节点的运算。 当然，为了组成一台完整的处理机，还需要添加数据输入输出单元和控制单元。 多个硬件设计参数会受到所采用的折衷方案的影响。包括：灵活性、功耗、体积或者面积、速度、每个处理器单元的结构(包括存储器结构、执行单元、寄存器的布置以及流水线的深度)和实现方法（包括 ASIC、FPGA、RISC、DSP ），可以在处理器的数量和存储器的速度之间取折衷。可以用两个处理器和较便宜的低速存储器的方案，来代替使用一个处理器和昂贵的高速存储器的方案。 有时采用嵌入一个专用协处理器来增加运算的资源。 一、多处理器系统的特点 基本参数： 处理单元的类型：包含多处理器系统使用的处理器的结构、速度和性能，以及系统使用的多个处理器是否同一类型等两个方面。 实现处理器间通信的互连网的拓扑结构和数据传输速度。 处理单元的数量和系统总吞吐量。 存储器结构，包括共享存储器的结构和处理器内部存储器的结构两个方面。 1、分类方法 多处理器系统可以用其采用的分配数据流和指令流的方法来表征。 单指令单数据SISD； 单指令多数据SIMD； 多指令单数据MISD； 多指令多数据MIMD。 另一种分类方法，是通过判断系统是粗糙还是精细来划分。 2、互连拓扑结构 二、处理器之间的通信 三、多处理器系统的控制 四、举例 * * 一、折衷类型 1、算法空间 2、软件-硬件折衷  3、软件空间-时间折衷