导航系统SoC芯片设计方案分析

2.1 测试平台

(1)硬件测试平台

硬件测试平台如表1所列。

TSIM仿真器通过主机的浮点机制来进行浮点运算仿真，因此仿真器的浮点精度与主机平台相关。仿真器的时间精度与MeikoFPU相同，集成FPU的LEON3相当于集成MeikoFPU的LEON3。

(2)软件测试平台

①LEON2和LEON3在Linux 2.6.11下运行。

②直接使用gcc编译生成程序加载到LEON上并运行，无操作系统。

③Samsung S3C2410在Linux 2.4.18下运行。

(3)不同硬件测试平台上测试程序说明

不同的硬件平台和软件平台的搭配需在编译程序过程中指定特定选项(通过Makefile管理)：

①-mmft-float选项。LEON平台上若未集成FPU，则进行浮点运算必须指定该选项，此时所有浮点运算转化为软件模拟实现，代价是运行时间大大增加，优势是能够节省硬件资源(加入FPU后LEON的LE的使用率是无FPU情况下的近2倍)。

②-mv8选项。LEON平台上配置硬件整数乘除法构件时需要指定该选项。

③sparc-Iinux-gcc和sparc-elf-gcc编译器。对于LEON平台，若在Linux系统上运行测试程序，则需用sparc- linux-gcc进行编译，程序使用动态链接库完成链接;若直接在LEON硬件上加载运行，则需用sparc-elf-gcc进行编译，程序使用静态链接库完成链接。

④arm-linux-gcc编译器。ARM9的S3C2410编译器为arm-linux-gcc。

⑤-O3优化选项。LEON和ARM的微处理器通过指定该选项进行程序算法优化。

2.2 测试项目及说明

测试项目1：整型数组与浮点数组的加法、乘法及乘加运算。每种类型的运算都循环50 D00次，以验证LEON各种平台和ARM9的MCU在数学运算上的性能，并分析加入Linux系统后程序运行性能的变化。

测试项目2：单次滤波算法，程序每一次运行包含12 791次浮点乘法和13 595次浮点加法，以验证在导航系统的滤波算法中LEON在多种配置下的性能。

测试程序采用clock()系统调用获取算法开始运行和结束运行的时间，并以算法的运行时间作为衡量系统效能的唯一标准。

2.3 测试总结

LEON平台灵活的软硬件配置在多项测试中表现优异，总结如下：

①与主流ARM9微处理器在数学运算上性能相当。

②嵌入式Linux操作系统平台相对于无系统平台有一定资源开销，根据具体应用合理选择软件平台是否需要嵌人式Linux系统。

③指定-mv8和-O3选项后程序性能提升显著，根据具体应用合理选择是否配置整数硬件乘除法器。

④LEON硬件配置FPU后浮点运算性能提高一个数量级，代价是综合需要的逻辑资源增长一倍，在权衡性能和可编程器件资源后合理选择配置方案。

结合导航系统SoC芯片高速数据处理的需求，设计方案定型为LEON+FPU，在测试中能够满足系统的运算吞吐量指标要求。