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

　　ARM Cortex-A9處理器藉由豐富的運算資源可執行更多功能，而這些資源有助提升效能。舉例而言，在硬件處理子系統中，每個(gè)ARM Cortex-A9處理器都內含一個(gè)浮點(diǎn)運算單元和一個(gè)NEON多媒體加速器。NEON單元是一個(gè)128位元的單一指令多重資料(SIMD)向量協(xié)同處理器，可同時(shí)執行兩個(gè)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(dòng)相關(guān)矩陣運算功能所需。透過(guò)NEON模組可運用軟件Intrinsics，這可以在系統組裝時(shí)免除編寫(xiě)低階程式的需求。因此，運用硬件處理子系統中更多的功能，可以比Microblaze等軟件處理器或外接式DSP處理器大幅提升效能。

　　為提升數字預失真效能，設計人員須進(jìn)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(xiě)，工程師需要一些時(shí)間將C/C++語(yǔ)言轉換成可在可編程邏輯中運用VHDL或Verilog執行的硬件。

　　這個(gè)問(wèn)題現在已可藉由各種高階合成(HLS)工具(例如C語(yǔ)言至暫存器轉移層級工具，C-to-RTL工具)得以解決。這些工具讓具備C/C++程式經(jīng)驗的程式設計人員透過(guò)現場(chǎng)可編程門(mén)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設計人員更容易將C/C++程式碼對應到可編程邏輯，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++設計流程。這工具的輸出是暫存器轉移層級(RTL)，可輕松與資料路徑預失真器或上游制程等既有的硬件設計進(jìn)行整合，當然也可連至資料轉換器。運用這項工具，演算法可快速轉移至硬件，其中這項工具會(huì )使用AXI界面連至硬件處理子系統，如圖5所示。

圖4 高階合成設計流程

　　在可編程邏輯中以高時(shí)脈執行自動(dòng)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(lái)參考的C/C++程式碼進(jìn)行基本最佳化，并運用ARM Cortex-A9處理器更有效地執行運算，結果顯示僅用軟件進(jìn)行最佳化所得的效能則比沒(méi)有變動(dòng)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(dòng)相關(guān)矩陣運算架構。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(dòng)相關(guān)矩陣運算硬件加速器演算法與處理系統

　　最終，無(wú)線(xiàn)傳輸效能決定硬件和軟件間所需的數字預失真功能分區。藉由調高頻譜校準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(gè)天線(xiàn)共用預測引擎。這只能針對單一的處理器節省空間和成本，加上采用另外的硬件加速器為許多資料路徑預失真器計算系數。

　　在一些情況中，用ARM Cortex-A9處理器配合NEON單元執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(gè)天線(xiàn)路徑處理資料的設計，可以為那些無(wú)線(xiàn)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，設計人員可在建置自動(dòng)相關(guān)矩陣運算功能時(shí)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(shí)間。進(jìn)一步的軟件設定也可顯示從硬件加速受惠的演算法的其他面向。無(wú)論有任何需求，現在的工具和芯片都可讓設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計方式的情況下，可用最少的力氣達成更高的運作效率。

　　無(wú)線(xiàn)傳輸基礎設備需要低成本、低功耗和高可靠性。整合是達到這些目標的關(guān)鍵，但時(shí)至今日業(yè)界仍須在靈活度或產(chǎn)品上市時(shí)程方面做某種程度的讓步。此外，在處理效能方面仍持續對寬頻無(wú)線(xiàn)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、高效能和低功耗的可編程邏輯，可為目前和未來(lái)的無(wú)線(xiàn)傳輸需求提供可行解決方案。

　　無(wú)論是遠端無(wú)線(xiàn)設備或者是主動(dòng)式天線(xiàn)陣列，設計人員可以打造具備更高生產(chǎn)力的產(chǎn)品，同時(shí)提供比現有的特定應用標準產(chǎn)品(ASSP)或特定應用集成電路(ASIC)方案更高的靈活度和效能。