FPGA之基于FPGA的SPARK多核处理器设计（一）

基础知识：

硬件部分：Leon3。

OpenRISC：开源处理器，verilog所写出来，32位的处理器。

LEON：欧洲航天局的32位开源处理器，使用的是SPARK V8的指令集。

以上两种开源处理器都是遵循GNU LGPL协议。

软件部分：eCOS和uC/OS-II（RTOS）

评价RTOS的重要指标：任务切换时间->切换时间，中断延时时间->对外界反应的速度。

uS/OS-II支持8位到32位的CPU。eCOS支持的是16位，32位，64位等不同体系的操作系统。eCOS的实时性比uS/OS更好，支持同优先级的调度。任务切换和中断延时的性能也要比uC/OS-II高。两个实时系统都比较小，uC/OS-II剪切后代码就2k，eCOS的代码是10k。所需的RAM空间也就是4kb和10kb。

并行算法模型：

（1）数据并行模型：可以在SIMD（细粒度）和SPMD（中粒度）上实现，这些取决于粒度大小。适合于规则网络，模板，多维信号及数据集来求解细粒度的运用问题。数据并行在软件处的实现是编译的时候实现的，硬件部分是通过控制器执行SMID锁程序而来。特点：1、单线程；2、并行操作于聚类数据结构；3、松散同步；4、全局命名空间；5、隐式相互作用；6、隐式数据分配。

（2）消息传递模型：PVM和MPI的标准库。特点：1、多线程：每个线程都有自己的代码；2、异步并行：通过路障和阻塞通信来同步各个进程。3、分离地址空间：每个线程都有自己的地址空间；4、显式的相互作用，进程只在其拥有的数据上执行；5、显式的分配给这些进程数据和资源。

（3）共享变量：标准为OPENMP。1、共享信息并一定比消息传递更快；2、共享变量似乎比消息传递更简单；3、数据保护以及防止同步时数据冲突，要花很大的功夫。

DSP：是哈佛架构。速度更快一些，采用专门的硬件加速器。

SMP：多对称处理器（目前耦合程度最高的一种多处理器系统）。大多数采用了高速监听总线（snoopy bus）连接处理器和共享存储器。一般SMP系统都采用了高速缓存容量的方法来减少抢占内存。一来高速缓存速度更快，二来高速缓存不能共享，所以不会出现多个处理器抢占同一段内存资源的问题。但是存在内存同步的问题，高速缓存的内容更新了，那么内存的内容之后在适当的时间更新。因为更新好会占用处理器资源，这个更新的频率显得特别重要。过长又会导致数据错误。