我國重疾險發展迎來較大挑戰，多因素致銷售增長遇瓶頸
2022-02-18 14:07:03
利用硬件加速器提高處理器的性能
2022-02-18 14:07:03 來源: 網絡
處理器內部集成的硬件加速器可以實現三種廣泛使用的信號處理操作：FIR(有限沖激響應)、IIR(無限沖激響應)和FFT(快速傅里葉變換)。硬件加速器減輕了核處理器的負擔，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為例，說明硬件加速器在這方面的應用。1 為什么使用硬件加速器FIR濾波器、IIR濾波器和FFT操作在數字信號處理器中應用十分普遍，且具有規則的結構，因此可以用硬件直接實現，特別是用硬件加速器。硬件加速器是專用的定點功能外設，用于實現重復計算復雜的單個任務。它們減輕了主處理器的負擔，主處理可以主要做一些在結構上幾乎沒有什么規律的通用任務。由于系統設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用領域日益復雜的系統需求方面具有重要價值。其中一個應用是其通道數不斷上升的音頻系統。家庭影院系統通道數從5.1通道發展到6.1通道，現在已經到 7.1通道，而高端汽車功放一般使用12個或者更多的揚聲器，使聽者沉浸于美妙的音樂中。此外，音頻源內容現在采用高清(HD)格式，其相關的解碼器擴展了系統資源。HD算法還以更高的采樣率處理數據。以前，數據的峰值采樣率很少超過48 kHz，有了HD算法，現在采樣率通常都是96kHz，有時，甚至達到了192kHz。為了更好的理解是如何增加計算需求的，以現代化的家庭影院接收系統為考慮，它集成了復雜的室內均衡算法，用以補償驅動響應和揚聲器擺放位置的不同所引起的偏差。算法首先利用麥克風分析室內環境，并測量實時傳遞函數。在多個位置進行測量再組合分析，然后為每個揚聲器設計一個補償濾波器。更精確的室內均衡算法則使用FIR濾波器來校正整個頻率范圍上的響應函數，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，為了達到同樣的頻率分辨率，在96kHz則需要濾波器長度為512點。采樣率和濾波器長度都加倍則導致所需的總計算量增加了四倍。2 加速器結構本節將以ADI公司近期推出的SHARC ADSP-2146x處理器為例介紹加速器的結構，該處理器具有更高的時鐘速率(450MHz)，并擴展了片上存儲器(5Mb)。
圖1 FIR加速器的結構
此外，處理器還具有一系列硬件加速器，可以用以實現通用信號處理運算：FIR、IIR濾波器和FFT。而這些運算是通信系統、醫療設備、消費產品和工業測量與控制應用中的基本運算。這些加速器是SHARC ADSP-2136x系列處理器片內采樣率轉換器的有益補充，而采樣率轉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構。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據，也可以用于配置控制寄存器。● 兩個本地存儲器塊——保存系數和狀態變量（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操作，FIR的計算單元有4個并行的MAC。使用鏈式DMA，加速器的操作可以自動完成，FIR加速器的典型操作有以下幾步。(1)將本通道的系數數據由內部存儲器載入本地加速器系數存儲區。(2)將本通道的狀態變量從內部存儲器載入本地加速器系數存儲區，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，并寫入狀態變量存儲器。(6)重復步驟（3）～（5），直到通道中的所有輸出樣本計算完。(7)重復步驟（1）～（6），計算所有輸入通道。3 加速器的實際應用設計的應用軟件必須盡可能從硬件加速器獲取最多的好處，應牢記加速器必須配置成與主CPU并行操作，如果主CPU處于空閑狀態等待加速器操作完成，這不會帶來任何好處。加速器是實時環境中運行的大信號鏈的典型部分，與加速器接口需要雙緩存的輸入和輸出數據，且系統設計人員也應該牢記加速器會帶來一部分延時。設想一個帶有7.1通道的家庭影院系統，采樣率96kHz，數據塊大小為32個采樣點，假定室內均衡應用8個FIR濾波器，每個濾波器長度為512點，如果采用核CPU執行濾波操作，則至少需要每秒96kHz ×8×512=393MMAC個操作，或者占工作在450MHz的SHARC處理器運算量的44％。該FIR處理占了整個計算量的很大一部分，但在將來，這些都可以轉由加速器來處理。FIR濾波器的輸入和輸出都采用雙緩沖，這樣就可以讓加速器與音頻信號處理鏈的最后環節并行處理。當然，雙緩沖器會引入32個采樣點的處理延遲，對于96kHz時延遲為333ms，是可以接受的。而利用前面的計算公式，加速器需要50 056個外設時鐘周期才能完成操作，如果外設時鐘是225MHz，則需要223ms，這小于333ms的可用塊處理時間。4 結論音頻處理技術的進一步發展對音頻DSP提出了更高的要求，集成的硬件加速器為處理器整體處理性能的提升提供了重要的推動力，且將通用的信號處理操作——FIR濾波、IIR濾波和FFT操作——從內核處理器中釋放出來，使內核可以專注于其他任務，這種高性價比的方法能提高處理器兩倍以上的計算吞吐量。雖然本文主要討論音頻應用，但是處理器核和加速器也是通用的，也非常適合于各種信號處理任務。關鍵詞： 處理器硬件加速
您可能也感興趣:
為您推薦
冰雪運動的保險迎來“出圈”契機 產品開發、銷售難度都不小
2022-02-18 14:07:03
金融標準化“十四五”發展規劃發布 指明保險業發展方向
2022-02-18 14:07:03
“隔離險”大火 銀保監會強調保險公司不得無理拒賠
2022-02-18 14:07:03
排行
最近更新
- 利用硬件加速器提高處理器的性能
- ATM轉賬能否撤銷？可以撥打銀行客服熱線申請撤銷嗎？
- 怎樣提高花唄的臨時額度？花唄臨時額度的有效期是多久？
- 京東白條逾期會有哪些后果？會通過短信、電話催收嗎？
- 滿洲里推動政務服務事項“只進一扇門” 打造營商環境的“新...
- 烏蘭察布市舉行招商引資大會 54個重大項目集中簽約
- 共慶奪金時刻!冰雪時光狂送千杯金牌產品
- 安居客發布春節返城租房報告 一線城市租客的租房需求更迫切
- 遼寧加快發展外貿新業態新模式 培育壯大國際營銷網絡
- 80多年的黑人牙膏改名，顧均輝：心智時代，得想方設法讓人記住
- 稅務部門持續加強稅收監管 營造透明、公平的稅收營商環境
- 大連片區推出跨境電商“海淘管家”服務新模式 提供一站式金...
- 1月黑龍江省居民消費價格總體漲勢溫和 食品煙酒類價格漲幅最大
- 浙江自貿區制度創新多點開花 進一步推進特色產業發展
- 寧波即將拉開春耕生產大幕 已儲備早稻種子95萬公斤
- 安徽：推動外貿領域制度創新、模式創新，壯大外貿發展有生力量
- 福建省海洋經濟項目融資對接會舉行 項目涵蓋港口物流等領域
- Web3Vision 宣布宣布規模為 2000 萬美元的風投基金
- 5年虧損超40億！被奔馳“拋棄”的騰勢，靠比亞迪單干能行嗎？
- 各家銀行加碼信貸投放力度 重點關注小微企業、綠色金融等領域
- 去年上半年銷量下滑接近8%，方便面市場遇冷為哪般
- 去年中國與自貿伙伴進出口總額10.8萬億元 同比增23.6%
- 據悉長沙2022年首批地塊集中推介36宗總面積222.77公頃
- 工信部：進一步規范移動智能終端應用軟件預置
- 機構：今年年1月份南京新建住宅價格同比上漲2.14%
- 金種子酒收到上交所監管工作函，連續三個交易日漲停
- ENS域名defi.eth以40ETH的價格在OpenSea上成交
- 陽光城2726萬美元境外債券利息違約 其1月份權益銷售額同比下降超50%
- 貴陽數字產業集聚成勢 不斷完善以大數據為引領的創新體系
- 時代的更迭品質的升級，問道九五之尊檳榔成市場消費主流