Multimedia SoC
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添加时间:2020-06-03 11:17:34

使用VisualSim对多媒体SoC进行视频处理性能评估

1. 总体情况

VisualSim是一款主要面向电子系统和元器件结构、性能评估的建模、仿真工具。通过VisualSim,设计师可以构建目标系统的图形化虚拟模型,开展性能、功耗和功能分析。

本案例中,多媒体SoC模型是一个性能模型。模型硬件采用了VisualSim中的标准IP模块,软件由设计师描述为行为流图(behavior flow diagram)。本案例的目的是分析分别使用ARM处理器和硬件加速器计算MPEG视频流时,多媒体SoC的性能和功耗。

本案例包括软件行为定义、硬件平台两部分,两部分直接由软硬件映射功能连接起来。硬件平台包括ARM 926SDSPAHBAXISRAMFlashSDRAM以及硬件加速器。

建模基本思路如下:

1)硬件由处理器、cache、存储器、总线和外设模型构成,与实际硬件结构一致;

2)软件由模拟C代码驱动程序的模块和应用程序模块两部分组成,与实际软件代码功能一致;

3)软硬件划分依据模型输出的仿真结果进行优化。

2. 仿真模型

VisualSim中完成的模型如图所示。模型中含有参数,设计师根据仿真结果不断调整参数,直至仿真结果满足性能和功耗要求。

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软件行为采用流图方式定义,如图底部绿色方块所示。每一个绿色方块表示了应用程序中的一个任务。在VisualSim中,采用流图的方式描述软件行为,对于说明软件流程、将软件行为映射到硬件模型上,都是非常可靠和有效的方式。VisualSim仿真时,这些任务会通过映射模块映射到硬件模型上。设计师可以通过改变任务向不同硬件模型的映射方式,评估性能、优化设计,从而满足多媒体SoC在性能和功耗两个方面的需求。

3. 仿真过程及结果

在本案例中,设计了两种应用程序执行方式:一种是全部图像处理任务由软件完成,即所有软件运行在ARM处理器上;另一种方式是将部分计算密集任务从处理器上移动到硬件加速器上,以便提高性能。视频帧数和总功耗是仿真的两个主要参数。

仿真初始时,通过设定参数,使得所有任务均由软件完成。仿真结果显示:多媒体SoC计算能力约为6600个矩阵运算,功耗小于1w。结果如图。通过修改仿真参数,把一些关键任务,如旋转帧(rotate frame)移动到硬件加速器上执行。仿真结果显示:此时性能提高到14000个矩阵运算,但功耗也相应的提升到了1.6w。可见,相比使用纯ARM处理器计算MPEG视频流,部分处理转移到硬件加速器上后,性能提升了约112%,同时功耗也提升了约60%

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图1 所有任务由软件完成时,多媒体SoC工况

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图2 部分关键任务由硬件加速器完成时,多媒体SoC工况

注:图12中,左上是SoC总体平均功耗;右上是SoC中主要硬件模块功耗在总功耗中的百分比;左下是SoC中各硬件模块的行为;右下是矩阵运算完成数量。

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