СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №7/2012

Для системных разработчиков рост степени интеграции микросхем озна чает как приятное известие, так и но вую проблему. Приятной новостью является то, что каждый этап разви тия полупроводниковой технологии позволяет разработчикам чипов упа ковывать ещё больше компонентов – процессоров, ускорителей, памяти и контроллеров периферии – в один кристалл. Больше компонентов в од ном чипе означает более высокую производительность, меньшую по требляемуюмощность и более компа ктные размеры. Но более высокая ин теграция означает также, что многие решения, которые раньше принима лись системными разработчиками, теперь принимаются разработчика ми чипа, которые отчасти берут на се бя задачу дифференциации продук тов и реализации инновационных решений. Для системных разработчиков важ но понять идеи разработчиков чипов и оставить за собой простор для установ ления дифференцированных свойств своих продуктов. В данной статье на примере одной из важных категорий приложений будет исследована эво люция архитектуры чипов с учётом новых потребностей рынка. К АТЕГОРИИ ПРИЛОЖЕНИЙ Сегодня многие из наиболее важных приложений на российском рынке электроники, в том числе системы ви деонаблюдения, проводные и беспро водные коммуникации и усовершен ствованные системы промышленного управления, построены по единому принципу. В таких приложениях сис тема обеспечивает приём широкопо лосных сигналов, обрабатывает эти ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 48 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2012 сигналы с целью выделения из них по лезной информации, выполняет тре бующий большого объёма вычисле ний анализ и принимает соответству ющие решения, а затем реализует эти решения, причём все этапы требуют максимальной задержки. Например, предположим, что систе ма наблюдения получает 1080 строч ную видеоинформацию с прогрессив ной развёрткой с видеокамеры. Эта система могла бы выполнять обработ ку видеопотока для выделения конту ров, идентификации и разделения объектов, представляющих потенци альный интерес. Для реализации таких функций обычно используются стан дартизованные, сравнительно прос тые, однако требующие большого объ ёма вычислений алгоритмы. На следующем этапе более мощные блоки обработки анализируют объек ты, например, с цельюрегистрации не санкционированного проникновения или идентификации лиц, представля ющих интерес. Эти алгоритмы могут быть специализированными и могут часто изменяться. Наконец, с помощью анализа определяется, требует ли дан ная ситуация подачи аварийного сиг нала, защиты входа или уведомления службыбезопасности о нарушении ре жима. Р ЕШЕНИЕ №1: ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ Разработчики используют три раз ных способа реализации таких систем. Первый подход заключается в разра ботке программного обеспечения и за пуске его на микропроцессоре, специ ализированной микросхеме (ASSP) или мощном 32 разрядноммикрокон троллере. Разработчики выполняют отладку программного обеспечения, уточняя алгоритм, а затем начинают проверку функционирования систе мы. Если задача выполняется слишком медленно, скорость повышают путём переноса задачи на отдельный процес сор или, если в интегральной схеме предусмотрена подходящая высоко производительная подсистема, напри мер, DSP ядро или векторный процес сор, то на этот ускоритель. Когда зада ния начинают соответствовать всем требованиям к временным парамет рам, система считается готовой для окончательной проверки функцио нала, синхронизации и энергопотреб ления. В нашем примере с системой видео наблюдения управляющее программ ное обеспечение нужно было бы за пускать на центральном процессоре. Стандартные алгоритмы обработки изображениймогли быработать на ба зе стандартных библиотечных про грамм на DSP ядре, в то время как бо лее сложные специализированные алгоритмынужно было бы разрабаты вать вручную, для того чтобы обеспе чить их параллельное исполнение на всех доступных ядрах процессора. Такой способ проектирования имеет важные преимущества. Он ориентиро ван на программное обеспечение и, следовательно, на функциональные возможности системы. И поскольку большая часть функций системы реа лизована программно, систему срав нительно легко модернизировать в случае возникновения ошибок или из менения системных требований. Но обычно программное обеспечение, запущенное на процессоре или DSP ядре, является наиболее медленным и наиболее энергозатратным способом реализации алгоритма. Поэтому про граммно ориентированный подход – это не самый лучший для системы путь, который имеет ограничения по производительности и эффективнос ти. И поскольку различные функции системы являются программно реали зуемыми, они легко копируются конку рентами или изымаются каким либо обманным путём злоумышленниками, «Конвергенция кремния» и будущее системного проектирования Денни Биран (Danny Biran), первый вице президент по стратегическому планированию, Altera В статье рассмотрены преимущества и недостатки трёх различных способов проектирования системы: программно ориентированного, аппаратно ориентированного и FPGA ориентированного метода. Показано, что реализация приложения на базе FPGA позволяет системным разработчикам принимать оптимальные решения с точки зрения быстродействия и энергопотребления и в то же время сохранять достаточную гибкость и возможность модификации системы. На правах рекламы ' СТА - ПРЕСС