Menu

Daxil olun Qeydiyyat

Mikrokontroller Texnikasi

FPNA və PİM üzərində mikroprosessorlu sistemlər

FPNA və PİM üzərində mikroprosessorlu sistemlər

ASİC(Application Specific Integrated Circuit - Sifarişli ixtisaslaşmış inteqral sxemlər) mikrosxemləri xirdamodullu (məntiqi elementlər səviyyəsində) PLİC-lər sinfinə aid edirlir.Müasir PLİS-lər isə hər biri bir neçə ventil və registrlərdən ibarət proqramlanan blokları özünə daxil etdiyindən ortamodullu adlanır.Daxili bloklar MP,yaddaş,vurma qurğusu kimi mürəkkəb qurğular kimi gerçəkləşdirildikdə isə belə PLİC-lər iri modulluhesab edilir. FPNA (Field Programmable node Array - İstifadəçi tərəfindən proqramlaşdırılan bəndlər masivi) arxitekturları dacha boyar bloklar üzərində qurulur. Müxtəlif strukturlu FPNA-nın ümumi konsepsiyası ondan ibarətdir ki, onlar hər biri mürəkkəb bir emal qurğusu olan bəndlər massivi kimi yaradılır.Şək.2.21-də FPNA-nin çox sadələşdirilmiş daxili strukturu göstərilir.Çünki real FPNA-da bu bəndlərin sayı 100-1000-lərlə ola bilər və struktura emaledici bəndlərdən əlavə giriş-çıxış elementləri də daxildir. Sifarişçinin tələbindən asılı olaraq hər bir bənd ALU,MP,yaxud alqoritmik emal bloku ola bilər.Cədvəl 2.2-də FPNA-nı layihələndirən firmalar və FPNA strukturu daxilindəki bəndlərin əsas funksiyası verilir.Bu FPNA-lardan PicoChip və QuickSilver firmalarının arxitekturları aşağıda nəzərdən keçirilir. PicArray qurğuları prosessor massivləri kimi yaradılır və əsasən,böyük stasionar sistemlərin (məsələn,naqilsiz şəbəkələr üçün baza stansiyaları) layihələndirilməsində istifadə edilir.Bu qurğuların əsas xüsusiyyəti az bir müddətdə (hər bir saatda) yenidən konfiqurasiya edilə bilməsidir.Məhz bu xüsusiyyət mobil operator stansiyaları üçün çox əhəmiyyətlidir. PicArray arxitekturlu FPNA-dan fərqli olaraq QuickSilver-nin Adaptiv arxitekturu alqoritmik elementlər üzərində qurulmuş klasterindən təşkil edilir.Bu qurğular , əsasən az enerji sərf edən portative cihazlarda (fotoaparatlar,mobil telefonlar və digər) tətbiq edilir.Bundan əlavə, bu qurğular saniyədə 100.000 dəfələrlə yenidən konfiqurasiya (adaptasiya) edilə bilir. Ümumi halda FPNA-qurğular başlıca olaraq boyar həcmdə hesablama resursları tələb edən mürəkkəb alqoritmlərin gerçəklənməsi üçün nəzərdə tutulmuşdur. Genişzolaqlı rəqəmli radiorabitədə,verilənlərin ötürülməsi sistemlərində (İnternet şəbəkəsində,multimediya,video və digər tətbiqlərdə) əsasən, bitlərlə emal alqoritmindən istifadə edilir. Məlumatın emalının digər alqoritmlərində sözlər üzərində əməliyyatlar üstünlük təşkil edir. Nitq və musiqi kimi audio məlumatların sıxılması alqoritmlərində isə göstərilən texnologiyaların qarışığından istifadə edilə bilər.Bu alqoritmlərin gerçəkləşdirilməsi üçün tətbiq edilən müxtəlif texnologiyaların araşdırılması nəticəsi onu göstərir ki,dəyişən arxitektura malik ənənəvi PLİC texnologiyası bu problemləri lazımi səviyyədə həll etmək imkanında deyildir.Çünki,burada PLİC ventil və blok səviyyəsində baxılır.Belə arxitekturun proqramlanması çətin olduğundan bir sıra tətbiqlərdə istifadəsi mümkün olmur. Məhz bu tələbləri ödəmək üçün PicArray arxitekturu yaradılmışır. PicArray arxitektur hər biri 16 bitli olan və müəyyən hesablamalar üçün optimallaşdırılmış RİSC MP-larından ibarət massiv kimi qurulur.İlk hallarda bu prosessor bəndləri kimi ARM9 MK idarə üçün,TİC54 DSP isə siqnalların rəqəmli emalı üçün istifadə edilirdi. Qeyd etmək lazımdır ki,160MHs tezlikdə işləyən 1 ədəd PicArray –nin hesablama gücü 600MHs-də işləyən TMS320C6415 tipli DSP-dən 20 dəfə yüksəkdir. Mobil telefon operatorlarının naqilsiz infrastrukturun inkişafına sərf etdiyi kapital əsasən,baza stansiyalarında quraşdırılan rəqəmli emal modullarına qoyulur.Yerləşməsindən asılı olaraq baza stansiyada 10-larla və 100-lərlə kanalların eyni zamanda işi nəzərdə tutulmalıdır. Belə sistemlərin qurulmasında ənənəvi texnologiyadan istifadənin əsas problemi odur ki,burada ASİC,PLİS,DSP,RİSC kimi 4 müxtəlif layihə mühiti tətbiq edilməlidir və nəticədə baza stansiyaların layihələnmə müddəti də artmış olur. Bundan əlavə,ASİC mikrosxemləri sərt olaraq proqramlaşdırıldığından yeni ASİC-nin yaradılması çox zaman tələb edir.Bu cəhətdən bir neçə ənənəvi ASİC,PLİS və DSP prosessorlarını əvəz edə bilən 1 ədəd PicArray arxitekturunun tətbiqi vahid layihə mühitindən istifadə etməklə çevik dəyişən strukturların az müddət ərzində gerçəkləşdirilməsinə imkan yaradır (şək.2.22). Naqilsiz əlaqə protokollarının daim genişlənməsi və mövcud səhvlərin düzəldilməsi mobil operatorların baza stansiyalarının tez-tez rekonfiqurasiya edilməsini tələb edir. PicArray-də hər 1 MP tam proqramlanan olduğundan hər bir saatdakı dəyişikliyə uyğun olaraq hər bir kanal yenidən konfiqurasiya edilə bilər. PicArray-nin proqramlaşdırılması üçün, əsasən C kompilyator və VHDL istifadə edilir.PicArray-nin proqramlanan və yenidən konfiqurasiya edilən modullar kitabxanası bir-biri ilə əlaqələndirilərək tam funksiyalı baza stansiyalarını yaratmağa imkan verir. Adaptiv QuickSilver texnologiyasına əsaslanan QuickSilver arxitekturunun ən aşağı səviyyəsində alqoritmik elementlər bəndi durur.4 ədəd belə bənd daxili əlaqələr matrisi vasitəsilə birləşərək 1-ci səviyyəli klasteri təşkil edir.4 ədəd belə klasterlər isə əlaqələr matrisi ilə birləşərək 2-ci səviyyəli klasteri təşkil edir (şək.2.23). Alqoritmik elementlər bəndlərin müxtəlif tipləri vardır.Məsələn,hesabi bənd müxtəlif xətti hesabi funksiyaların(sonlu impuls xarakteristikalı filtrlərin,diskret COS çevirməsinin,sürətli Furye çevirməsinin) gerçəkləşməsi üçün tətbiq edilə bilər.Eləcə də qeyri-xətti hesabi funksiyaların,məsələn,((1/sinA)x(1/x))13 ifadəsinin hesablanması üçün tətbiq edilə bilər. Bitlərin emalı bəndi isə əks əlaqəli registrin xətti sürüşməsi,TCP/İP paketlərin deşifrasiyası üçün tətbiq edilir. Hər bir alqoritmik bənd örtük ilə əhatə edilmişdir ki,xaricdən baxanda bütün bəndlər eyni tipli hesab edilə bilər.Bu örtük xarici mühitdən daxil olan məlumat paketlərini (əmrləri,verlənləri,konfiqurasiya məlumatını) qəbul edərək onları açır və bəndlər üzrə paylayır,eləcə də emal əməliyyatlarını idarə edir və nəticələri toplayaraq onları xarici mühitə ötürür. Alqoritmik bəndin funksiyası onun xarici örtüyü vasitəsilə dəyişdirilə bilir.Məsələn,bitləri emal edən bənd ixtiyari digər funksiyanın yerinə yetirilməsinə adaptasiya edilə bilər(əlbəttə ki,onun effektivliyi ixtisaslaşmış bəndə nəzərən aşağı olacaqdır.).Beləliklə, bəndən başlayaraq bütövlükdə mikrosxemə qədər QuickSilver arxitekturunun ixtiyari hissəsi müəyyən məsələlərin həlli üçün tez bir zamanda(1 takt ərzində) adaptasiya edilə bilər.Nəticədə hər bir bəndin 75% -i local yaddaşda gerçəklənmiş olur.Verilənlər bir bənd daxilində qalaraq yalnız bəndin funksiyası dəyişir.Bəndin funksiyasının dəyişməsi isə 1 takt tələb edir.Bu,o deməkdir ki,çox saylı ASİC istifadə edilməsi halından fərqli olaraq QuickSilver arxitekturlu vahid qurğu 1 san-də 10.000-100.000 dəfələrlə adaptasiyyya edilə bilir.Nəticədə qurğunun ölçüləri kiçilir və sərf etdiyi enerji isə kəskin azalır. Adaptive texnologiya QuickSilver-nin lisenziyası əsasında istifadəçiyə təklif edilir və qurğunun bəndlərinin optimal tərkibi istifadəçi tərəfindən müəyyən edilir.Bəndlərdəki örtük hesabına onlar eyni tipli hesab edildiyindən ixtiyari bənd digərini əvəz edə bilir. QuickSilver-nin yuxarıda göstəilən arxitekturuna əlavə olaraq onun tərkibinə ixtisaslaşmış bəndlər də daxil edilir (Sisitemli kontroller,xarici və daxili yaddaş kontrollerləri, giriş/çıxış bəndləri).Hər bir giriş/çıxış bəndi UART,yaxud PCİ,USB,FireWire kimi şin interfeysləri tipində ola bilər. Giriş/çıxış bəndləri də 1 takt ərzində rekonfiqurasiya edilə bilir. Ənənəvi texnologiya ilə layihələndirilmə halında qurğunun istifadəçi üçün yaranan çətinlik QuickSilver-qurğuları halında layihəçinin üzərinə düşür .Belə ki,əməliyyat sistemi (ƏS) QuickSilver-qurğuya elə inteqrə edilir ki,ƏS-nin hissələri systemli kontroller bəndləri və hər bir alqoritmik bəndin örtüyü arasında paylanmış olsun.Alqoritmik bəndlər də öz məsələlərini və bəndlər arası bütün əlaqələri planlaşdırır.Nəticədə systemli kontrollerin yüklənməsi azalır və onun əsas işi cari anda sərbəst bəndləri izləyib onlar arasında məsələləri paylamaqdan ibarət olur. QuickSilver nüvəsinin (mikrosxemin) sayı asanlıqla artırıla bilir.Bu halda çap lövhəsi üzərində yerləşən mikrosxemlər ƏS səviyyəsində bir-biri ilə uzlaşmalıdır. Adaptasiya olunan qurğunun əsas xüsusiyyəti 1s-də 10.000 dəfələrlə rekonfiqurasiya edilməsi imkanına malik olmasıdır.Bu üstünlük məkan və zaman seqmentlənməsi konsepsiyasını dəstəkləməyə imkan verir.Bu konsepsiyası müxtəlif bəndlərdə alqoritmin müxtəlif hissələrinin yerinə yetirilməsi üçün dinamik aparat vasitələrin rekonfiqurasiya edilməsinə əsaslanır. Bir çox hallarda müxtəlif alqoritmlər,hətta onların hissələrinin müxtəlif zamanlarda yerinə yetirilməsi tələb edilir. Məsələn,naqilsiz telefonda aşkar etmə,gözləmə və verilənlər mübadiləsi kimi iş rejimləri müxtəlif zamanlarda yerinə yetirilir(şək.2.24).Telefon adi mikrosxemlər üzərin də qurulduğu halda bu funksiyalardan hər biri xüsusi mikrosxemdə,yaxud 1 kristalın müxtəlif hissələrində icra edilir.Bu,dəyəri və enerji sərfini artırır .Adaptasiya olunan texnologiyadan istifadə etməklə vahid kristal bu funksiyaların müxtəlif zamanlarda icra edilməsi üçün tez bir zamanda adaptasiya edilə bilir. PLİC daxilinə FPNA nüvələri də inteqrə edilə bilər və əksinə, FPNA nüvəsi daxilində PLİC bəndləri gerçəkləşdirilir. PIM (Processor In Memory-yaddaş daxilində prosessor) çipləri ixtisaslaşdırılmış MP sistemlərdə yüksək emal sürətini əldə etmək üçün istifadə edilir.Bu halda adi MP-lu sistemlərə nisbətən PIM üzərində qurulmuş sistemlərdə emal sürəti 10 dəfələrlə artırılaraq TFlOPS (Tera FP operation per secound- 1san-də sürüşkən vergüllü əməliyyatların Tera-larla sayı) ,P(Peta) Flops vahidləri ilə ölçülür. Şək.2.25-də göstərilən MP sistem n ədəd PİM çipləri (mikrosxemləri) üzərində qurulmuşdur.Hər bir PİM daxilində aparıcı CPU, CPU nüvələrdən ibarət matris,yəni emaledici paralel prosessor,DRAM yaddaşı bloklarından ibarət massiv və keş yaddaş funksiyasını yerinə yetirən registrlər bloku gerçəkləşdirilmişdir.Bundan əlavə PİM çipi daxilinə xarici mikrosxemlər ilə əlaqə üçün interfeys sxemləri,çipin intellektual idarəsi funksiyasını yerinə yetirən bir sıra məntiqi sxemlər də inteqrə edilir. Sistemdəki PİM çipləri daxilində yerinə yetirən bir sıra mürəkkəb əməliyyatlar ,adətən,tətbiqi proqramlar,yaxud xidməti proqramlar tərəfindən müəyyənləşdirilir. Sistemdəki bütün PİM çipləri bir-biri ilə “şəbəkə bağlantıları ” vasitəsilə qarşılıqlı əlaqədə ola bilir.Bu,tətbiqi proqramın paralel yerinə yetirilən müxtəlif hissələrinə aid verilənlərin mübadiləsi üçün vacibdir. PİM üzərində qurulmuş ierarxik MP sistem bircinsli olmadığından buraya daxil olan prosessorlar da müxtəlif gücludür. Əsas CPU-nın gücü aparıcı CPU və matrisin CPU nüvələrinə nisbətən daha yüksəkdir və bu prosessorun yaddaşa müraciət müddəti daha böyükdür. CPU nüvələri kimi adətən daha kiçik gücə malik RİSC prosessoru nüvəsindən istifadə edilir.Onun yaddaşa müraciət müddəti də digər prosessorlara nisbətən daha kiçikdir.Belə hibrid multiprosessorlu sistemdə hər bir əmrin (keçid,hesabi,yaddaşa müraciət) müxtəlif prosessorlarda yerinə yetirilməsi müddəti tamamilə müxtəlifdir. Odur ki, PİM üzərində qurulmuş MP sistemin üstünlüklərindən tam istifadə etmək üçün onun layihələndirilməsindəki vacib məsələlərdən biri hesablamaların və onların verilənlərinin xarakteristikalarına uyğun olaraq prosessorlar arasında düzgün paylanmasıdır.Bu məqsədlə xüsusi araşdırıcı proqramlar vasitəsilə paralel hesablamaların hissələrinin prosessorlar arasında bölğüsünün sxemi əvvəlcədən tərtib edilir.


Bizi dəstəkləyənlər