解決軟硬件接口的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計實例

為了評估最終系統(tǒng)軟件的性能，將列表1中的偽隨機碼正確轉(zhuǎn)換成C代碼并同時用于A、B系統(tǒng)中，然后利用內(nèi)部存儲器中的結(jié)構(gòu)模擬每個系統(tǒng)的硬件接口。代碼中應(yīng)避免使用位域，因為標(biāo)準(zhǔn)C實現(xiàn)不能在限制性訪問的地址空間上正確工作。系統(tǒng)代碼模擬運行于PowerPC，編譯工具采用的是Green Hills MultiC，目標(biāo)操作系統(tǒng)是VxWorks，編譯器設(shè)置在中級優(yōu)化度(目的是幫助調(diào)試，并允許設(shè)計工程師把每條匯編指令與每一行C代碼聯(lián)系起來)。

表1列出了偽隨機碼的每一行，并給出了每個系統(tǒng)實現(xiàn)所用到的匯編指令與功能調(diào)用數(shù)量。另外還對兩個實現(xiàn)所用的代碼執(zhí)行速度進行測試。子程序升級系統(tǒng)B軸的速度要比系統(tǒng)A快5.3倍，這主要歸功于任務(wù)阻塞與去阻塞功能調(diào)用的去除。要注意的是實際系統(tǒng)中的加速效果可能并不明顯，因為實際的硬件訪問時間對總的執(zhí)行時間影響最大。

在實驗中要提升兩個實現(xiàn)所用編譯器的優(yōu)化度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)優(yōu)化度的提高對系統(tǒng)B無效，對系統(tǒng)A來說只是減少了很少的代碼，并且速度卻稍有降低。這樣的結(jié)果表明，系統(tǒng)B的硬件接口在軸域的資源訪問上非常接近內(nèi)部訪問的效能。

另外，為了對兩種實現(xiàn)所用到的硬件設(shè)備進行評估，要用VHDL對硬件接口進行編碼，然后用賽靈思的Webpack軟件進行綜合，并把設(shè)計映射到賽靈思的Virtex FPGA中。采用Virtex系列芯片的結(jié)果是系統(tǒng)A要消耗56個功能片(slice)，系統(tǒng)B要消耗85個功能片。V300E-PQ240器件總共具有3072個片，因此系統(tǒng)A占用可用資源的1.8%，系統(tǒng)B則占2.8%。9500系列器件的內(nèi)部資源更有限些，比如XC95288XL-PQ208，系統(tǒng)A將占用該器件可用資源的18%，系統(tǒng)B則占30%。

仔細考察這兩個設(shè)計發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)B所用的額外資源中最主要的驅(qū)動源是組合型軸尋址方案。為了驗證這一結(jié)果，重新組織寄存器映射，以便將每個軸作為一個獨立資源使用，單個軸映射按地址位邊界對齊。這一變通的實現(xiàn)方式保留了系統(tǒng)B的所有軟件接口優(yōu)點，同時減少了整體硬件器件的使用，Virtex系列器件的片利用率能降低2.3%，9500系列的利用率能降低22%。

硬件設(shè)計會極大地影響系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的復(fù)雜性和質(zhì)量。一個好的硬件設(shè)計要求設(shè)計人員能根據(jù)硬件實現(xiàn)與最終軟件設(shè)計環(huán)境的復(fù)雜性做出決定，正確理解硬件接口設(shè)計對軟件開發(fā)流程的影響能極大地改進系統(tǒng)質(zhì)量、性能和可靠性，同時減少系統(tǒng)開發(fā)的周期與成本。