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应用系统优化编译器加速汽车电子产物设计

宣布时间:2018年02月02日 15:02    宣布者:eechina
要害词: 汽车电子 , 编译器
作者:Giles Peckham 和 Adam Taylor

得益于摩尔定律,汽车电气系统履历了快速的手艺增添。现代化的汽车已取得长足生长,不再是耦合了 AM 无线电的质朴发念头电气系统。现在现代化的汽车搭载了多种高等电子系统,能够推行发念头控制、高等驾驶员赞助系统 (ADAS)、牵引力与稳固性控制、信息文娱等功效,此外还针对某些尖端应用供应了自主操作才干。

这类汽车内电子系统部署的显着增添也带来了几个必须由设计职员处置赏罚赏罚的寻衅:

•        性能 – 须要实时、低时延与高一定性的性能以完成例如 ADAS、ECU、牵引力与稳固性控制等多种车载功效。
•        安然 – 汽车电子系统完成要害功效,误差会招致受伤或去世亡。是以,系统必须完成信息安然保证与防修改手艺,以防止未授权的修改。
•        安然性 – 必须切合 ISO26262 划定的汽车安然完全性水平。
•        接口 – 必须能够毗连多种传感器、驱动器与其他制动器。
•        功率效力 – 必须在无限的功耗预算内高效运转。
•        软件界说 – 具有高无邪性以顺应多种市场中的不合尺度与条件。

为应对这些寻衅,汽车电子系统开发职员正在部署片上异构系统 (SoC) 器件。异构器件将一个处置赏罚赏罚单元(通常为多核)与一个或多个异构协同处置赏罚赏罚器(例如 GPU、DSP 或可编程逻辑)相联络。

将处置赏罚赏罚单元与可编程逻辑相联络可组成慎辘集成型系统,以便应用可编程逻辑的固有并行特点。该特点支持应用可编程逻辑 (PL) 完成高性能算法和接口毗连,同时由处置赏罚赏罚系统完成更高等的决议妄图制订、通讯与系统治理功效。完成联络后,便可使可编程逻辑分管处置赏罚赏罚义务,从而培植更具照顾性、一定性而且能效更高的处置赏罚赏罚妄图。

就接口毗连而言,异构 SoC 可支持多种业界尺度接口,这些接口可经由历程处置赏罚赏罚系统或可编程逻辑完成。得益于 IO 结构的无邪性,可应用可编程逻辑完成要害的原有接口与定制接口。可是,这须要添加一个外部 PHY 来完成协定的物理层,从而供应随便任性毗连。

某些异构 SoC 面向多个器件级与系统级安然功效供应支持,便于轻松完成。这些器件能够对启动和装备历程阻拦加密与验证。假定处置赏罚赏罚器内核是基于 ARM 处置赏罚赏罚器的,那么可应用 Trustzone 保证软件情形安然。有了 Trustzone,开发团队便可培植正友谊形,经由历程应用法式模范模范治理器,对软件会见底层硬件阻拦限制。此外,这里也供应几个特此外设计选择,例如功效隔离,可以在设计中完成,以进一步增强取决于需求的安然处置赏罚赏罚妄图。

传统的异构 SoC 开发流程把设妄图分为处置赏罚赏罚器系统和可编程逻辑两年夜部门。这类措施在之前须要两个自力的开发团队,这会增添非重复性工程资源、开发时间与手艺风险。此外,该措施还将设计功效结着实处置赏罚赏罚器内核或可编程逻辑中,使前期优化难以阻拦。

人们所需的开发工具应当可完玉成部器件的软件界说开发,并有才干凭证须要将功效从处置赏罚赏罚器内核转移到可编程逻辑,而且非 HDL 专家也能完成。

这正是系统优化编译器的用武之地。系统优化编译器能应用 C、C++ 或 OpenCL 等高等语言以软件要领界说一切系统行动。然后,应用系统优化编译器推行处置赏罚赏罚器系统与可编程逻辑之前的功效分区,该编译器能够使功效无缝移动,以便选择是在处置赏罚赏罚器系统中运转照样在可编程逻辑中完成。

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图 1 - 应用系统优化编译器选摘要加速的功效。

经由历程应用处置赏罚赏罚系统外部的内置准时器来为功效推行时间计时,可找出组成瓶颈的功效,从而培植瓶颈功效列表。这些瓶颈功效便成为候选,以备经由历程应用系统优化编译器在可编程逻辑中完成加速。

处置赏罚赏罚系统与可编程逻辑之间的移动是经由历程系统优化编译器的高条理综合(可将 C、C++、OpenCL 法式模范模范转换为 VerilogVHDL 形貌的工具)与软件界说毗连框架之间的联络来完成的。软件界说毗连框架能够无缝地将 HLS 效果毗连至软件应用,设计团队应用这类措施,一键点击便可以在处置赏罚赏罚器和可编程逻辑间移动功效。虽然在用户把功效移动到可编程逻辑时,他们也取得了显着的性能提升,自然这是应用可编程逻辑的效果。与 CPU/GPU 处置赏罚赏罚妄图相比,在 PL 中阻拦加速还能前进一定性并降低时延,这对诸如 ECU 和 ADAS 的应用来讲是相当主要的。

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图 2 - 应用系统优化编译器对资源与性能阻拦预算。

库支持

许多汽车应用都是应用业界尺度开源库阻拦开发,例如在 ADAS 系统中应用 OpenCV 或 Caffe,或在 ECU 中应用尺度数学库。为加速这些应用的开发,系统优化编译器须要能够支持多个 HLS 库,以便开发职员在其应用中应用。系统优化编译器应支持多个要害库,其中网罗:

•        OpenCV – 能够加速盘算机视觉功效
•        Caffe – 能够加速机械学习推理引擎
•        数学库 – 供应尺度数学库的可综合完成。
•        IP 库 – 为完成 FFT、FIR 和移位存放器 LUT 功效供应 IP 库。
•        线性代数库 – 供应通用线性代数功效库。
•        随便任性精度数据类型库 – 应用有符号和无符号整数支持非2次幂的随便任性长度数据。该库允许开发职员更高效地应用 FPGA 资源。

这些库的供应为开发团队供应相昔时夜的支持,闪开发团队不用开发类似的功效。

真实实例

许多汽车应用的要害元素是掩护数据以防止未授权修改,防止招致不安然操作。用来掩护存储数据与传输数据安然的一种经常应用算法是高等加密尺度 (AES)。AES 是在高等层面形貌的,但最合适在可编程逻辑架构中完成的算法的尺度。为了演示应用系统优化编译器的优势,已开发一款面向三种经常应用操作系统的质朴 AES 256 应用。该实例最后只在处置赏罚赏罚器系统中推行,然后在可编程逻辑中完告成能的加速。  

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图 3 - 当应用系统优化编译器时,不合操作系统的 AES 加速效果。

结论

异构 SoC 能够处置赏罚赏罚汽车电子系统设计职员面临的寻衅。经由历程应用高等语言,系统优化编译器能够对这些器件阻拦开发,一旦应用处置赏罚赏罚器完成对应用功效的开发与原型设计后,处置赏罚赏罚器系统与可编程逻辑之间的功效分区便可取得优化,从而延张开发时间,完成更安然、照顾性更强、能效更高的处置赏罚赏罚妄图。
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