利用硬件加速器提高處理器的性能

　　處理器內(nèi)部集成的硬件加速器可以實(shí)現(xiàn)三種廣泛使用的信號處理操作：FIR(有限沖激響應(yīng))、IIR(無限沖激響應(yīng))和FFT(快速傅里葉變換)。硬件加速器減輕了核處理器的負(fù)擔(dān)，能潛在的提升處理器的計算吞吐率超過兩倍。本文以下一代音頻系統(tǒng)為例，說明硬件加速器在這方面的應(yīng)用。

　　為什么使用硬件加速器

　　FIR濾波器、IIR濾波器和FFT操作在數(shù)字信號處理器中應(yīng)用十分普遍，且具有規(guī)則的結(jié)構(gòu)，因此可以用硬件直接實(shí)現(xiàn)，特別是用硬件加速器。硬件加速器是專用的定點(diǎn)功能外設(shè)，用于實(shí)現(xiàn)重復(fù)計算復(fù)雜的單個任務(wù)。它們減輕了主處理器的負(fù)擔(dān)，主處理可以主要做一些在結(jié)構(gòu)上幾乎沒有什么規(guī)律的通用任務(wù)。

　　由于系統(tǒng)設(shè)計者既擁有通用處理器的靈活性，又具有專用硬件的計算優(yōu)勢，因此，使用硬件加速器就提供了一種高性價比的方法，以增加處理器總的計算能力。

　　因此，這類加速器在滿足眾多應(yīng)用領(lǐng)域日益復(fù)雜的系統(tǒng)需求方面具有重要價值。其中一個應(yīng)用是其通道數(shù)不斷上升的音頻系統(tǒng)。家庭影院系統(tǒng)通道數(shù)從5.1通道發(fā)展到6.1通道，現(xiàn)在已經(jīng)到 7.1通道，而高端汽車功放一般使用12個或者更多的揚(yáng)聲器，使聽者沉浸于美妙的音樂中。

　　此外，音頻源內(nèi)容現(xiàn)在采用高清(HD)格式，其相關(guān)的解碼器擴(kuò)展了系統(tǒng)資源。HD算法還以更高的采樣率處理數(shù)據(jù)。以前，數(shù)據(jù)的峰值采樣率很少超過48 kHz，有了HD算法，現(xiàn)在采樣率通常都是96kHz，有時，甚至達(dá)到了192kHz。

　　為了更好的理解是如何增加計算需求的，以現(xiàn)代化的家庭影院接收系統(tǒng)為考慮，它集成了復(fù)雜的室內(nèi)均衡算法，用以補(bǔ)償驅(qū)動響應(yīng)和揚(yáng)聲器擺放位置的不同所引起的偏差。算法首先利用麥克風(fēng)分析室內(nèi)環(huán)境，并測量實(shí)時傳遞函數(shù)。在多個位置進(jìn)行測量再組合分析，然后為每個揚(yáng)聲器設(shè)計一個補(bǔ)償濾波器。

　　更精確的室內(nèi)均衡算法則使用FIR濾波器來校正整個頻率范圍上的響應(yīng)函數(shù)，濾波器長度與采樣率直接成比例。低頻控制越精確，需要濾波器長度越長。采樣率為48kHz，通常濾波器長度為256點(diǎn)，為了達(dá)到同樣的頻率分辨率，在96kHz則需要濾波器長度為512點(diǎn)。采樣率和濾波器長度都加倍則導(dǎo)致所需的總計算量增加了四倍。

　　加速器結(jié)構(gòu)

　　本節(jié)將以ADI公司近期推出的SHARC ADSP-2146x處理器為例介紹加速器的結(jié)構(gòu)，該處理器具有更高的時鐘速率(450MHz)，并擴(kuò)展了片上存儲器(5Mb)。

圖1 FIR加速器的結(jié)構(gòu)

　　此外，處理器還具有一系列硬件加速器，可以用以實(shí)現(xiàn)通用信號處理運(yùn)算：FIR、IIR濾波器和FFT。而這些運(yùn)算是通信系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、消費(fèi)產(chǎn)品和工業(yè)測量與控制應(yīng)用中的基本運(yùn)算。這些加速器是SHARC ADSP-2136x系列處理器片內(nèi)采樣率轉(zhuǎn)換器的有益補(bǔ)充，而采樣率轉(zhuǎn)換器也可以看作硬件加速器。

　　SHARC ADSP-2146x處理器的三個加速器設(shè)計相同，圖1所示的FIR加速器能很好的說明硬件加速器的結(jié)構(gòu)。

　　FIR加速器有以下功能模塊。

　　● 系列控制寄存器——配置加速器的操作。

　　● DMA控制器——在主存儲器與加速器的本地存儲器之間傳輸數(shù)據(jù)，也可以用于配置控制寄存器。

　　● 兩個本地存儲器塊——保存系數(shù)和狀態(tài)變量（或者延遲存儲器），并降低主存儲器的帶寬。

　　● 計算單元——包括適合加速器的算術(shù)操作，F(xiàn)IR的計算單元有4個并行的MAC。

　　使用鏈?zhǔn)紻MA，加速器的操作可以自動完成，F(xiàn)IR加速器的典型操作有以下幾步。

　　(1)將本通道的系數(shù)數(shù)據(jù)由內(nèi)部存儲器載入本地加速器系數(shù)存儲區(qū)。

　　(2)將本通道的狀態(tài)變量從內(nèi)部存儲器載入本地加速器系數(shù)存儲區(qū)，這包括第一個輸入樣本。

　　(3)利用四個MAC單元計算輸出樣本。

　　(4)保存結(jié)果。

　　(5)如果還有需要處理的樣本，則讀取下一個輸入樣本，并寫入狀態(tài)變量存儲器。

　　(6)重復(fù)步驟（3）～（5），直到通道中的所有輸出樣本計算完。

　　(7)重復(fù)步驟（1）～（6），計算所有輸入通道。

　　加速器的實(shí)際應(yīng)用

　　設(shè)計的應(yīng)用軟件必須盡可能從硬件加速器獲取最多的好處，應(yīng)牢記加速器必須配置成與主CPU并行操作，如果主CPU處于空閑狀態(tài)等待加速器操作完成，這不會帶來任何好處。

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高級處理器特性能否提高編碼效率？

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2021-04-26 06:41:08

高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器與基帶處理器連接的寬帶接收器系統(tǒng)設(shè)計

減輕計算密集型 2D FFT 運(yùn)算負(fù)載的 FFTC 硬件加速器，可實(shí)現(xiàn)低延遲和高精度附加了 JESD 的寬帶采樣信號處理解決方案，包含數(shù)字信號處理器 (DSP)、ADC 和 DAC 板、演示軟件、配置

2018-09-20 09:07:06

#硬聲創(chuàng)作季電子制作：磁性加速器

加速器DIY

Mr_haohao發(fā)布于 2022-10-19 00:19:38

采用硬件加速發(fā)揮MicroBlaze處理能力

采用硬件加速發(fā)揮MicroBlaze處理能力　　MicroBlaze處理器是賽靈思(Xilinx)在嵌入式開發(fā)套件 (EDK) 中提供的兩款32位內(nèi)核之一，是實(shí)現(xiàn)硬件加速的靈活工具。圖1是MicroBlaze的

2010-03-10 10:24:16

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基于FPGA Nios-Ⅱ的矩陣運(yùn)算硬件加速器設(shè)計

針對復(fù)雜算法中矩陣運(yùn)算量大, 計算復(fù)雜, 耗時多, 制約算法在線計算性能的問題, 從硬件實(shí)現(xiàn)角度, 研究基于FPGA/Nios-Ⅱ的矩陣運(yùn)算硬件加速器設(shè)計, 實(shí)現(xiàn)矩陣并行計算。首先根據(jù)矩陣運(yùn)算

2011-12-06 17:30:41

Nios II C語言至硬件加速編譯器

電子發(fā)燒友網(wǎng)核心提示: 獲獎的Nios II 嵌入式處理器C語言至硬件（C2H）加速編譯器將對時間要求較高的ANSI C函數(shù)轉(zhuǎn)換為FPGA中的硬件加速器，從而提高了性能。特性： (1)ANSI/ISO C 代碼按鍵

2012-10-17 14:29:34

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UVM驗(yàn)證平臺執(zhí)行硬件加速

。本文所聚焦的技術(shù)手段是讓一個已有的UVM驗(yàn)證平臺通過改變需求去執(zhí)行硬件加速。如果這些點(diǎn)在UVM環(huán)境開發(fā)過程中被考慮到，那么之后將環(huán)境遷移到硬件加速器作為一個性能選項將是一件較容易的事情。本文所提議的建議將會使你的UVM驗(yàn)證

2017-09-15 17:08:11

添加硬件加速器可以加快處理器的正弦計算

如果修改軟件不能實(shí)現(xiàn)所需速度，那么你可能順理成章的想到在你的設(shè)計中加入硬件加速模塊。作有很多種算法可對單精度浮點(diǎn)數(shù)字的正弦值進(jìn)行計算，但添加硬件加速器是功能最為強(qiáng)大的方法之一。之所以得出這一結(jié)論

2017-11-24 18:38:33

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MD5算法硬件加速模型

驗(yàn)證、分析。相比非流水線硬件加速模型，流水線硬件加速模型能提高MD5運(yùn)算效率5倍，可用于網(wǎng)絡(luò)處理器等硬件加密引擎，有效提高網(wǎng)絡(luò)處理器等硬件設(shè)備的安全性和處理效率。

2018-01-12 16:45:07

Veloce仿真環(huán)境下的SoC端到端硬件加速器功能驗(yàn)證

很多人認(rèn)為硬件加速器無非是一種速度更快的仿真器而已。毫無疑問，由于硬件加速器使用物理硬件進(jìn)行仿真，使用硬件加速器驗(yàn)證復(fù)雜的集成電路和大型片上系統(tǒng)（SoC）能比軟件仿真器快若干數(shù)量級。與仿真用通用計算機(jī)相比，仿真用單一功能計算機(jī)能提供更高容量、更高效的系統(tǒng)。

2018-03-28 14:50:00

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利用硬件加速器提高仿真速度時的驗(yàn)證平臺考慮

正確利用硬件加速器對邏輯仿真進(jìn)行加速是非常有效的。如果知道某項設(shè)計在仿真中的運(yùn)行速度（用每秒仿真了多少設(shè)計時鐘來衡量），你就能很容易地估計出該設(shè)計的原始性能。舉個例子，我們假設(shè)仿真器以每秒1000

2018-03-05 10:13:13

斯坦福機(jī)器學(xué)習(xí)硬件加速器的課程學(xué)芯片技術(shù)機(jī)會來了

學(xué)芯片技術(shù)的機(jī)會來了！斯坦福大學(xué)2018秋季學(xué)期推出《機(jī)器學(xué)習(xí)硬件加速器》課程，深入介紹機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)中設(shè)計訓(xùn)練和推理加速器的架構(gòu)技術(shù)。課程涵蓋經(jīng)典的ML算法，用于ML模型推理和訓(xùn)練的加速器設(shè)計等，超多專業(yè)材料和PPT，是本領(lǐng)域不可多得的專業(yè)課程。

2018-07-21 09:27:10

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使用協(xié)處理器加速器的方法介紹

了解協(xié)處理的價值，Zynq-7000加速器一致性端口，使用協(xié)處理器加速器的方法以及協(xié)處理器設(shè)計實(shí)例的概述。

2018-11-30 06:15:00

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基于Xilinx FPGA的Memcached硬件加速器的介紹

本教程討論基于Xilinx FPGA的Memcached硬件加速器的技術(shù)細(xì)節(jié)，該硬件加速器可為10G以太網(wǎng)端口提供線速M(fèi)emcached服務(wù)。

2018-11-27 06:41:00

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毫米波傳感器1443硬件加速器的簡單介紹

2.6 mmWave波形傳感器簡介1443硬件加速器

2019-05-08 06:20:00

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如何將硬件加速器關(guān)閉？

硬件加速是指在計算機(jī)中通過把計算量非常大的工作分配給專門的硬件來處理以減輕中央處理器的工作量之技術(shù)。尤其是在圖像處理中這個技術(shù)經(jīng)常被使用。

2019-08-15 15:29:35

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微處理器MPU-6500集成硬件加速計資料

單片機(jī)微處理器-6500集成了硬件加速計，使用硬件陀螺儀，運(yùn)動和機(jī)載數(shù)字處理器?（DMP）在一個小，3毫米x3毫米x0.9毫米QFN包。6軸裝置是世界上第一個以1.8伏特運(yùn)行的運(yùn)動傳感器，在全工況

2020-11-17 14:13:29

谷歌AI利用機(jī)器學(xué)習(xí)和硬件加速器實(shí)現(xiàn)流體模擬數(shù)量級加速

谷歌 AI 最近一項研究表明，利用機(jī)器學(xué)習(xí)和硬件加速器能夠改進(jìn)流體模擬，且不損害準(zhǔn)確率或泛化性能。流體數(shù)值模擬對于建模多種物理現(xiàn)象而言非常重要，如天氣、氣候、空氣動力學(xué)和等離子體物理學(xué)。流體可以用

2021-02-24 09:35:53

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硬件加速器提升下一代SHARC處理器的性能

硬件加速器提升下一代SHARC處理器的性能

2021-04-23 13:06:32

基于RISC-V處理器和卷積加速器的SoC系統(tǒng)

卷積計算的效率。基于軟硬件協(xié)同設(shè)計思想，構(gòu)建包含RISCⅤ處理器和卷積加速器的SoC系統(tǒng)，RISC-V處理器基于開源的指令集標(biāo)準(zhǔn)，可以根據(jù)具體的設(shè)計需求擴(kuò)展指令功能。將該SoC系統(tǒng)部署在 Xilinx ZCU102開發(fā)板上ISC-V處理器和卷積加速器分別工作在100M

2021-06-02 15:08:22

第七屆硬創(chuàng)大賽與中城智能硬件加速器達(dá)成戰(zhàn)略合作，推動智能硬件創(chuàng)新發(fā)展

?日前，中國硬件創(chuàng)新創(chuàng)客大賽組委會與中城智能硬件加速器正式達(dá)成戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系。 ? ? 中城智能硬件加速器天集社是2020年入選工信部中小企業(yè)服務(wù)平臺和國家級科技企業(yè)孵化器，鏈接全球硬件創(chuàng)新者建立

2021-07-15 15:18:02

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OpenHarmony 分論壇-華秋電子新硬件加速器

OpenHarmony 分論壇-華秋電子新硬件加速器 今天的華為開發(fā)者大會2021上，OpenHarmony分論壇上展示了華秋電子新硬件加速器 。 HDC分論壇-OpenHarmony 分論壇推薦鏈接：http://t.elecfans.com/live/1708.html 責(zé)任編輯：haq

2021-10-23 16:53:48

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OpenHarmony Dev-Board-SIG專場：OpenHarmony 新硬件加速器

OpenHarmony Dev-Board-SIG專場：OpenHarmony 新硬件加速器

2021-12-28 15:12:30

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什么是AI加速器如何確需要AI加速器

AI加速器是一類專門的硬件加速器或計算機(jī)系統(tǒng)旨在加速人工智能的應(yīng)用，主要應(yīng)用于人工智能、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器視覺和機(jī)器學(xué)習(xí)。

2022-02-06 12:47:00

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如何利用不同的加速器使用模型實(shí)現(xiàn)所需的MIPS和處理目標(biāo)

2022-05-05 14:08:16

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基于CORTEX-M3硬件加速的目標(biāo)跟蹤鎖定系統(tǒng)

本項目采用Cortex-M3軟核做控制部分，大規(guī)模專用硬件加速器做濾波跟蹤計算和智能目標(biāo)檢測部分，視頻輸入輸出通過HDMI直接進(jìn)入硬件加速器，繞過軟核實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)處理速度。

2022-05-16 10:04:26

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全新ROS 2 Humble硬件加速特性

自 2021 年 10 月起，NVIDIA 和 Open Robotics 開始合作并推出了兩項重要的改動，現(xiàn)已發(fā)布在Humble ROS 2版本中，以提高提供硬件加速器的計算平臺的性能。

2022-07-07 09:45:07

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如何確定一個硬件加速應(yīng)用

在開發(fā)一個加速程序的之前，有一個很重要的步驟：正確設(shè)計程序架構(gòu)。開發(fā)人員需要明確軟件應(yīng)用程序中哪一部分是需要硬件加速的，并且它多少的并行量，以保證硬件加速器件（FPGA）能完美發(fā)揮其作用。本文將分為5個步驟來介紹

2022-08-02 10:33:07

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用于 AI 應(yīng)用的硬件加速器設(shè)計師指南

當(dāng) AI 設(shè)計人員將硬件加速器整合到用于訓(xùn)練和推理應(yīng)用的定制芯片中時，應(yīng)考慮以下四個因素

2022-08-19 11:35:55

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利用數(shù)字信號處理器上的片上FIR和IIR硬件加速器

處理器上的片上FIR和IIR硬件加速器（也稱為FIRA和IIRA）可用于卸載FIR和IIR處理任務(wù)，從而騰出內(nèi)核用于其他處理。在本文中，我們將討論如何借助經(jīng)過測試的實(shí)時示例說明的不同使用模型在實(shí)踐中使用這些加速器。

2022-12-20 11:22:36

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利用數(shù)字信號處理器上的片上FIR和IIR硬件加速器

2022-12-20 11:39:25

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借助硬件加速器開發(fā)您的設(shè)計

借助硬件加速器開發(fā)您的設(shè)計

2023-01-03 09:45:15

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硬件加速器提升下一代SHARC處理器的性能

SHARC ADSP-2146x處理器集成了硬件加速器，可實(shí)現(xiàn)三種廣泛使用的信號處理操作：FIR（有限脈沖響應(yīng)）、IIR（無限脈沖響應(yīng)）和FFT（快速傅里葉變換）。加速器卸載了核心處理器，并有可能使處理器的計算吞吐量增加一倍以上。本文以加速器在下一代音頻系統(tǒng)中的應(yīng)用為例。?

2023-03-03 14:46:51

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DPU（數(shù)據(jù)處理器）能做什么？

了解DPU數(shù)據(jù)處理器的基礎(chǔ)知識：它們是什么、它們做什么、誰在制造它們以及誰在采用它們。然后決定您的數(shù)據(jù)中心是否有朝一日會使用。數(shù)據(jù)處理器是針對數(shù)據(jù)處理和以數(shù)據(jù)為中心的計算的硬件加速器。不同于CPU和GPU及其他硬件加速器，DPU具有更高的并行度和MIMD架構(gòu)。

2023-04-19 15:38:23

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