Zynq PS/ PL第五篇：Adam Taylor MicroZed系列之25

我们先来了解一下上节中介绍的Zynq SoC PS/PL接口，我创建一个很简单的外设，使用的是DSP48E1的DSP逻辑片，依靠这个外设第一个寄存器内的控制字执行乘法，加法或减法。假设我们需要为一种工业控制系统在Zynq内执行更复杂的计算。通常，这些系统将通过热敏电阻、热电偶、压力传感器、铂电阻温度计（ PRT）等会产生多个模拟输入（通过ADC）。

来自这些传感器的数据需要经过多次转换函数处理，将来自ADC的原始数据值转换成可进行下一步计算的数据。其中最好的实例是使用Zynq XADC，其中在XADCPS.h文件内包含了一些内函数/宏，可将原始XADC值转换成电压或温度。然而，这些转换是非常简单的。转换越复杂， Zynq处理的时间越长。如果Zynq SoC的可编程逻辑（ PL）用于执行计算，则可大大加快计算速度。另外一个好处是，处理器将释放空间，可执行其他软件任务，这样在使用PL进行计算时，处理带宽有了显著改善。

转移函数越复杂，处理器用来计算结果的时间越长。举个例子，将大气压力（单位：毫巴）转换成海拔高度（单位：米），（参见我在Xcell Journal Issue 80 的博客文章 - “FPGA数学基础”）。以下的转换函数列出0－10毫巴压力的海拔高度（单位：米）：

利用Zynq SoC的处理系统（ PS）Zynq按照以下代码行，执行这个转换函数很简单，其中“结果”是浮点数；转换函数中定义的a, b,和c 是常数；且i为输入值：

在这个例子中我将在“for”循环语句中使用以上嵌套代码模拟输入值的步骤。代码通过STDOUT输出结果。因为我要计算执行此计算的时间，我将使用专用定时器来判断计算时间，在开始计算时打开计时器，在结束计算时关闭计时器：

 

虽然这段代码可能没有提供最准确的时间基准，但足以说明我们将在接下来几个博客中研究的主体。在基于Zynq MicroZed板上运行以上代码，我在终端窗口中得出以下结果。注：由于我对STDOUT结果的格式进行了设定，可将这个输出结果按照逗号分隔变量 (CSV) 文件提取到Microsoft Excel：

 

对输出结果执行简单的分析表明，计算结果平均需要25 CPU_3x2x时钟周期。结果还不错。使用一个666 MHz的处理器时钟发现，这个计算占用76纳秒。我相信很多人发现ADC输出不是浮点数，它是一个固定点数。使用整数函数重写函数代码得出类似的平均时钟周期数。但是我认为在这个例子中，浮点数会更容易使用，避免解释定点数系统背后的主题。

确定一个基准时间，即Zynq PS需要多长时间执行中等复杂程度的转换函数，接下来我们可以看下当我们将这个计算卸载到设备的PL侧，计算同一函数所需要的时间。