采用硬件加速发挥MicroBlaze处理能力

　　MicroBlaze处理器是赛灵思(Xilinx)在嵌入式开发套件 (EDK) 中提供的两款32位内核之一，是实现硬件加速的灵活工具。图1是MicroBlaze的典型设计。该内核含有一个32位乘法器，但不含浮点单元(FPU)、桶式移位器或专用硬件加速器。对Xilinx公司Spartan FPGA 器件而言，默认系统含有区域优化的MicroBlaze(采用三级流水线)，但大多数客户通常在开始时使用速度优化版(采用五级流水线)进行性能评估，其优点是小巧简洁，易于扩展。

　　Xilinx客户针对这种处理器设计所要求的两个实际应用案例可说明MicroBlaze在硬件加速方面的作用。本文以 Spartan 器件为重点，比较 FPGA 解决方案和标准控制器内核，展现我们能够达到的性价比。这一方法同样适用于Virtex FPGA。

　　案例1：实施位反转算法

　　在第一个应用示例中，假定MicroBlaze处理器的运行速度仅为50MHz。采用 Spartan-3或Spartan-6器件可轻松实现这一速度。诸如本地存储器总线(指令和数据，LMB)以及处理器本机总线(PLB)等所有内部总线的运行速度均达到50MHz。为简单起见，假定没有连接外部DDR存储器。

　　现在假设客户想要在这个CPU上实施位反转算法。MicroBlaze自身没有通过硬件直接提供这个功能。再假定每秒需要完成2万次位反转操作。

　　要解决这个问题，大多数客户首先会采用纯软件方案，因为这样可轻松地实现想要的功能。而且如果性能足够高，无需进行任何修改。

　　为此，让我们先从简单的软件算法出发，实施简短精悍的解决方案。结果确实简单、精巧而且容易理解，不过效率很低。
unsigned int v=value;
unsigned int r = v;
int s = sizeof(v) * CHAR_BIT - 1;
for (v >>= 1; v; v >>= 1)
{
r <<= 1;
r |= v & 1;
s--;
}
r <<= s;
return r;

　　这段程序运行相当顺利，不过就算在专门针对速度优化的MicroBlaze(使用五级流水线)上运行处理一个32 位字的算法，也用了220个周期。要执行2万次位反转操作，在速度为50MHz的MicroBlaze上约需88ms。

　　客户试图采用略有不同的方法来优化算法，但仍作为纯软件解决方案来实施。

　　要进一步提升性能，就要采用纯硬件解决方案，通过一种新的方式来让硬件加速器充分发挥性能。