強化DPD演算效能SoC FPGA提升蜂巢網(wǎng)絡(luò)設(shè)備整合度

　　ARM Cortex-A9處理器藉由豐富的運算資源可執(zhí)行更多功能，而這些資源有助提升效能。舉例而言，在硬件處理子系統(tǒng)中，每個ARM Cortex-A9處理器都內(nèi)含一個浮點運算單元和一個NEON多媒體加速器。NEON單元是一個128位元的單一指令多重資料(SIMD)向量協(xié)同處理器，可同時執(zhí)行兩個32×32b乘法指令;由于NEON單元皆用于乘法累積(MAC)運算，因此非常符合自動相關(guān)矩陣運算功能所需。透過NEON模組可運用軟件Intrinsics，這可以在系統(tǒng)組裝時免除編寫低階程式的需求。因此，運用硬件處理子系統(tǒng)中更多的功能，可以比Microblaze等軟件處理器或外接式DSP處理器大幅提升效能。

　　為提升數(shù)字預(yù)失真效能，設(shè)計人員須進一步利用可編程邏輯將這些功能移到硬件上。然而，由于軟件是以C/C++編寫，工程師需要一些時間將C/C++語言轉(zhuǎn)換成可在可編程邏輯中運用VHDL或Verilog執(zhí)行的硬件。

　　這個問題現(xiàn)在已可藉由各種高階合成(HLS)工具(例如C語言至?xí)捍嫫鬓D(zhuǎn)移層級工具，C-to-RTL工具)得以解決。這些工具讓具備C/C++程式經(jīng)驗的程式設(shè)計人員透過現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)擁有硬件能力。業(yè)界高階合成工具可讓軟件和系統(tǒng)設(shè)計人員更容易將C/C++程式碼對應(yīng)到可編程邏輯，讓程式碼得以重用，并提供最佳可攜性和自由設(shè)計空間，最終達成最高生產(chǎn)力。

　　圖4展示運用高階合成工具的典型C/C++設(shè)計流程。這工具的輸出是暫存器轉(zhuǎn)移層級(RTL)，可輕松與資料路徑預(yù)失真器或上游制程等既有的硬件設(shè)計進行整合，當(dāng)然也可連至資料轉(zhuǎn)換器。運用這項工具，演算法可快速轉(zhuǎn)移至硬件，其中這項工具會使用AXI界面連至硬件處理子系統(tǒng)，如圖5所示。

圖4 高階合成設(shè)計流程

　　在可編程邏輯中以高時脈執(zhí)行自動相關(guān)矩陣運算演算法，可對效能產(chǎn)生重大的效益，僅針對這項功能而言，其效能增益就可比軟件建置的功能多七十倍，而且僅用完全可編程SoC元件中3%的邏輯。

　　從原來參考的C/C++程式碼進行基本最佳化，并運用ARM Cortex-A9處理器更有效地執(zhí)行運算，結(jié)果顯示僅用軟件進行最佳化所得的效能則比沒有變動的程式碼高出二至三倍。再使用NEON多媒體協(xié)同處理器就能產(chǎn)生更多的效能增益。圖5為自動相關(guān)矩陣運算架構(gòu)。其中針對相關(guān)矩陣運算功能，其整體效能增益比軟件建置的功能多七十倍。

圖5 整合可編程邏輯的自動相關(guān)矩陣運算硬件加速器演算法與處理系統(tǒng)

　　最終，無線傳輸效能決定硬件和軟件間所需的數(shù)字預(yù)失真功能分區(qū)。藉由調(diào)高頻譜校準(zhǔn)程度以達到更佳效率的做法可能影響效能，原因在于要達到這種校準(zhǔn)程度需要更高的處理效能。其他影響效能的因素也可能是更多的傳輸頻寬或是多個天線共用預(yù)測引擎。這只能針對單一的處理器節(jié)省空間和成本，加上采用另外的硬件加速器為許多資料路徑預(yù)失真器計算系數(shù)。

　　在一些情況中，用ARM Cortex-A9處理器配合NEON單元執(zhí)行的軟件效能可能已足夠，例如頻寬較窄的傳輸配置或只有一或兩個天線路徑處理資料的設(shè)計，可以為那些無線傳輸配置降低元件占用面積和物料成本。

　　為將效能提升至更高的水準(zhǔn)，設(shè)計人員可在建置自動相關(guān)矩陣運算功能時加入更多平行運算機制，只要增加支援邏輯的建置則可達到更快的更新時間。進一步的軟件設(shè)定也可顯示從硬件加速受惠的演算法的其他面向。無論有任何需求，現(xiàn)在的工具和芯片都可讓設(shè)計人員去探索在效能、面積和功耗間的各種取舍方法，在不受限于特定獨立型元件或程式設(shè)計方式的情況下，可用最少的力氣達成更高的運作效率。

　　無線傳輸基礎(chǔ)設(shè)備需要低成本、低功耗和高可靠性。整合是達到這些目標(biāo)的關(guān)鍵，但時至今日業(yè)界仍須在靈活度或產(chǎn)品上市時程方面做某種程度的讓步。此外，在處理效能方面仍持續(xù)對寬頻無線傳輸和更高作業(yè)效率有更多的要求。完全可編程SoC元件具備雙核心處理器子系統(tǒng)、高效能和低功耗的可編程邏輯，可為目前和未來的無線傳輸需求提供可行解決方案。

　　無論是遠(yuǎn)端無線設(shè)備或者是主動式天線陣列，設(shè)計人員可以打造具備更高生產(chǎn)力的產(chǎn)品，同時提供比現(xiàn)有的特定應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)或特定應(yīng)用集成電路(ASIC)方案更高的靈活度和效能。