2017年1月25日 星期三

解析 Qualcomm Hexagon 680 架構 III - Thread Model and Execution Model

Thread Model

最後讓我們講述 Hexagon 680 的 Thread Model
在 Qualcomm 開發 DSP 的過程中一直都有 Hardware Threads 的支援
因此在談 Hexagon 680 的 Thread Model 前, 讓我們先來看看 V5x 的 HW Threads

上圖為 Qualcomm 在 2013 年 Hotchips 會議上投影片的 Page 11
從這圖可以看到 Hexagon 680 的 V6 基本上與 V5 架構差異不大
也是 4-slot VLIW, 兩個是 Data Unit, 兩個是 eXecution Unit
同個 DSP 核心具有3個 Thread Context, 在硬體設計上已考慮簡化多工上的需求

在 2015 年度 Hotchips 中 Qualcomm 簡報的 Page 8:
由此可見, V6 Scalar DSP 以 2Ghz 頻率運作
俱備 4 HW Threads 支援, 每個 thread 以 500Mhz 運作
而 HVX coprocessor 以 1Ghz 頻率運作, 具有兩個 context, 一樣每個 thread 以 500 Mhz 運作
因此同一時間可以有兩個 Thread 控制著 HVX, 另外兩個處理 Scalar 工作
但光以上看投影片, 不知道是否有人懷疑過, 或許 V6 DSP 為 quad core, 而 HVX 為 dual core?

這裡我們回到 HVX 官方文件當中:
從這張圖可以看出, V6 DSP 具有的是 1C4T, 而 HVX 為 1C2T
但是, 官方在投影片與到此中所說明的, 並非 Hexagon 680 所有的模式
如果還有印象, 在系列文II當中留了一些不確定:
1. HVX 對於 L2 的總寬度為 512b x2, 而非 1024b x 1
2. 對於 VPF/VRF 的描述, 我加了 "基本上" 這個有所保留的詞

再談這之前, 先來介紹 HVX 的 Vector Modes:

也就是 HVX 中支援了兩種不同長度的 Vector
  • 64B 模式, Vector 寬度為 512 bits
  • 128B 模式, Vector 寬度為 1024 BITS
而這樣的模式並不是像 NEON 中分為長短 vector 並且可以混用, 而是如上圖, 直接將所有的單元(VX, VPF, VRF), 以 512b 寬度的方式等分為二

所以除了 1C2T(128B) 的方式外, 事實上 HVX 還存在另一種 HW thread 的型態 - 1C4T (64B)
在這個模式下, 4 個 V6 HW Threads 各自都可以控制一個 64B Vector Mode 的 VX Thread Context. 所以 Hexagon 680 提供多元且彈性的運作模式. 而這也說明了 系列文II 當中沒交代清楚的部分.

Execution Mode


Qualcomm 曾經官方撰文介紹過 Hexagon DSP 的軟體開發
在 Qualcomm 裝置上, 在 DSP 上執行工作需要幾個步驟:
  1. 下載與安裝 Qualcomm Hexagon SDK
  2. 將你於 DSP 上實作的功能 API 以其 IDL (Interface Description Language) 方式描述.
  3. SDK 會自動產生 Header files 與 stub (下圖中應用處理器端, 也就是 ARM 處理器端提供給 client 的呼叫介面, client 通常是其他的 library 或是 executable)及 skel (DSP 端去呼叫你實作功能的進入點) 等相關函式庫.
  4. 在 DSP 端實作你的 API, 並與第3點中自動產生的 skel 函式庫 link 成為一個 shared object 並放置於該平台裝置中.
  5. 將你的 native APP 與 link 到第3點自動產生的 stub 來呼叫你的 API.
  6. (選擇性) 建立你的 API 專屬的 Java bindings 好讓 APK 能夠使用.
而這些背後所仰賴的機制的核心即是上圖所描述的 FastRPC

一旦 Native APP 呼叫所需的 function, 便會執行自動產生的 Stub lib, 它會 透過 ARM 與 DSP 間橋接的 Driver-Framework, 載入先前所產生的 DSP 端的 shared object, 而 DSP 端上的 OS 會動態地載入該 object, 並且以 Skel 介面處理來自 ARM 處理器端的請求.

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