跟李凡老师学FPGA图像加速器之D03：加速器基础（20170427课堂笔记）

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        都是CPU的外围设备，这个时候，CPU会通过访问它的外围设备，完全相同的方法来通知加速器，你要做一件事情，或者是做长整，或者是做搬运，或者是做sobel。
        除了通知它做这件事情以外，还有哪些信息CPU必须及时地通知？
        数据在哪？
        原始数据的起始地址。
        当然这些数据，显存嘛，也是放在memory里面，放在存储器里面。
        那么，CPU必须告诉加速器，数据在哪？
        原始数据的基地址在哪？

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        同时还要告诉加速器，目标的基地址在哪？
        目标的首地址在哪？
        这个信息要告诉。
        这些信息，主处理器又是如何来通知加速器的呢？
        同样刚才说了，这个时候的加速器，它的地位跟CPU的任何一个外围设备的地位完全相等。
        就是被CPU访问。
        这个时候CPU是老大，CPU是Master，是主机。
        而被接受控制的，是从机，完全相等。
        这个时候的加速器，它跟所有CPU的外围设备完全相等。
        它是一个从机，接受CPU的访问。
        接受CPU唯一地址的访问。
        那么有起始地址，源的起始地址和目标的起始地址。

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        并且呢，会给出一些特定的计算信息，比方说，字宽，字的宽度是多少？
        16位的，还是32位的、48位的？
        还有其它的一些辅助的信息。
        CPU要通知加速器。
        一旦加速器获得了完整的信息以后，主处理器还必须给它发一个特定的命令。
        什么命令？
        就是开始吧，start。
        这个命令怎么发出去呢？
        这个命令一般处理的形式，是在加速器里面会有一个状态寄存器。
        状态寄存器有一个标志的起始位。
        这个起始位也是被主处理器访问的。
        主处理器可以写它。
        启动吧，start。
        向start的标志位写上一个帧的一个信号。
        于是加速器就获得了CPU的授权了。

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        CPU的什么授权呢？
        就是让它来访问memory。
        这个memory我们以后会介绍，现在主要的是SDRAM。
        访问存储器里面的这些信息。
        这些信息，或者是显存，或者是浮点，或者是图像的边缘检测。
        主处理器转而会停下来。
        在我们现在的这个架构里面，在绿皮书的教材里面，CPU一旦委托加速器来执行对应的任务以后呢，加速器就空闲了，就真正地空闲了。
        稍后我们会解释。
        不会，CPU还有其它的事要干。
        就好像我们现在刚刚解释的，如果我们现在要玩一段比较强大的游戏，比如像魔兽之类的。
        可能这个时候，普通的显卡就不能支持，玩的时候就很卡。
        因为它是用CPU算出来的。

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        用加速器，用一个好的显卡来做的时候呢，它是用命令的形式，CPU很轻松啊。
        要图像搬运的时候，它用不着自己做，它只要发出一个命令，告诉这个图像加速器，数据在哪？
        目标在哪？
        然后启动它。
        发出start。
        CPU就是发出一个命令即可，当然CPU就轻松了。
        接着CPU就可以干其它的事情。
        所以说这个时候图像就很流畅。
        就不至于很卡。
        CPU的开销就很轻松了。
        问题是加速器，一旦获得了授权之后，加速器将会全力以赴地以硬件的方式，来处理显存，memory里面的数据，主处理器CPU原本是控制memory的。
        对memory而言，原本它的Master，它的主人是CPU。

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        现在这个memory要被加速器所控制，因为加速器要读里面的数据，写里面的数据。
        Memory只有一个它，它听哪个的呢？
        主处理器要命令它，是它的主人。
        当加速器未获得授权的时候，加速器也是一个仆人，这个时候是一主多仆。
        所有的设备都是仆人，都是slave，都是接受Master的指挥的。
        可是一旦加速器获得了授权以后，加速器当然就要对memory进行读写了。
        这个时候，memory可能就会有一仆二主了。
        一仆多主了。
        这个时候，对加速器系统，就有一种特定的应用了，就是这个时候如何来解决一仆二主、一仆多主的这种架构。

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        这个时候，就有一个资源的裁决问题。
        一旦加速器获得授权，加速器就必须获得对资源的控制权，控制权就必须转交给加速器，早先的架构里面完全是由CPU定的。
        是由老大，由master，也就是唯一的CPU来敲定的，由CPU说了算，CPU说，我把资源给你，CPU就停下来，或者说CPU去访问其它的资源。
        把这一部分硬件资源交给加速器。
        加速器就全力以赴地运行。
        而现代的架构，会考虑到一些问题，如果有CPU来决定，CPU我们知道还多核了，究竟由哪个核来决定呢？
        是不是单独还要有一个主的处理器？

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        都会带来一些处理上的困难。
        而现代的处理方法是，既不由加速器来定，也不由CPU来定，由一个第三方的裁决机构，称之为仲裁器的，由仲裁器根据仲裁策略来决定当前的资源给谁。
        在我们绿皮书这个教材里面，我们采用了一个简单的仲裁策略，就是唯一申请者获得仲裁。
        申请者有谁呢？
        申请资源的，有CPU，有加速器。
        唯一的申请者，只有一个申请者的时候，判决给它。
        有多个申请者的时候，停下来，谁也不给，维持原来的判决。
        用这样一种简单的仲裁策略。
        根据这个仲裁策略，加速器获得仲裁，得到资源，于是加速器就可以全力以赴地来执行搬运、长整或者是图像边缘检测。

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        这个是由硬件逻辑来做。
        我们看到了，我们做到210帧，很快做完了。
        做完了怎么办？
        做完了，加速器如何来通知CPU，我完成了这件事呢？
        因为CPU如果做图像搬运，是动画，它把这个角色搬完了，CPU显然会让它搬下一个角色。
        做下一段动画。
        加速器搬完了以后，加速器会如何来通知CPU，我做完了这件事呢？
        两种方式，第一种方式，加速器它本身有一个状态寄存器，状态寄存器在我们这张PPT上，主处理器会通过特定的通道来访问加速器的状态寄存器。
        通过查询的方式，加速器来访问状态寄存器。

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        它是否完成了指定的交付的任务，这是一种方式。
        当然大家知道，查询的方式比较慢，现代更多的用的是中断。
        中断的方式来得更快一点。
        当加速器完成了指定的任务的时候，加速器单独地给主处理器发一个中断，主处理器接到这个中断信号以后，就知道加速器已经完成了指定的任务。
        于是加速器和CPU之间再一次交换资源，资源的仲裁。
        这个时候CPU要重新接管资源。
        加速器要释放资源。
        或者仲裁要把资源判给CPU。
        当资源重新判给CPU以后，这个时候CPU才可以接着做下一件事。
        搬完了第一个角色，你让它搬第二个角色。