S32V234 软件浅谈-APEX | APEX 架构介绍

APEX 是 S32V234 處理器中一顆相當重要的核心，其主要作用是利用硬體平行化架構，達到演算法加速之目的，本文将对 APEX 的架構进行分析，来看看 APEX 是如何加速算法的。

S32V234 處理器內搭配 2 顆 APEX 的核心，提供給我們使用與搭配。如下圖所示 :

APEX 的正確核心名稱為 G2-APEX-642 ICP Core ，其中名詞可拆解成以下定義 :

G2：為第二世代的意思 ( 2^nd generation)

642：為 64 個 CUs 與 2 個 ACP

ICP：為影像領域處理器 ( Image Cogntion Processor )

APEX 的核心架構是由兩大架構所組成，如下圖所示，

第一大架構為 APU (Array Process Uint) 矩陣運算單元，主要負責平行化處理，並配置 2 顆供使用。
第二大架構為 DMA( Direct Memory Acess) 快速存取記憶體架構，主要負責資料與記憶體之間的傳輸。

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了解 APU 與 DMA 核心架構之前，我們必需認識原廠所提供的一個軟體架構層 ACF ( APEX Core Framework)，如下圖所示。

ACF 主要作用為替使用者配置最佳的硬體資源。此軟體層是以自動生產代碼的方式，直接取代向硬體溝通的動作，並分配最佳的 APU 與 Memory 資源。

* ACF 詳細使用介紹之後會以专题博文的方式介紹。

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接續回到之前所提及的主要核心架構之一的 APU ，也是硬體加速的關鍵核心。

如 APU 架構示意圖，首先認識以下架構

1) CU(Computational Unit) 運算單元 : 為 APU 專門設計的小型運算單元。
2) ACP (Array Control Processor) 矩陣控制處理器 : 為專門控制與分配 CU 的一個處理器。
3) CMEM (Computational Memory) 運算處理記憶體 : 為 CU 所使用之記憶體，各 CU 配置 4KByte。
4) IMEM (Instruction Memory) 指令記憶體 : 為暫存指令類別的記憶體，並隨 ACP 配置於 CMEM。
5) DMEM (Data Memory) 資料記憶體 : 為暫存資料類別的記憶體，並隨 ACP 配置於 CMEM。

理解以上架構後，我們來探討 APU 硬體配置狀況吧!

如下圖所示

一顆 APU 是由 32 個 CU 以及 4KByte 的記憶體 (CMEM) 大小所構成。並由 ACP 與 IMEM / DMEM 進行分配與控制，最後透過第二大架構 DMA 的特性快速將資料進行傳輸，盡而達到硬體加速之目的。

因此一顆 APEX 提供 2 顆 APU 核心作為使用，所分配到的資源為 64 個 CU 以及 256KByte 的記憶體 (CMEM)，供給使用者運用與搭配。

因此可揣摩一下整個 APEX 的運算流程，如下图所示，

假設有一張圖片需給 APEX 運算將可以分成 3 個步驟

1) 將影像分割成數個小區塊，實質上稱作為 Chunk 。
2) 藉由 DMA 與 ACP 將資料傳至各個 Chunk 中，並於同時間進行平行化運算。
3) 運算完成後，再次透過 DMA 將資料傳送回到原本圖片的記憶體中。

*值得注意的是該資料不限至於影像，只要是數據型態即可作運用

更進一步來說，APEX 會將 Chunk 組成 Tiles 的形式，以便控制與提高效能。

如 Chunk 與 Tiles 組成示意圖所示，其中 Tiles 與 Slice 皆描述一整片記憶體位置，由原始數據 (Raw input image) 的資料，可以被拆分成各個 Chunk 並設置於 CU0 至 CU3 之中，這樣排列成一條的方式即組成 Tile (Tile image) ，而實際排列則如同示意圖上記憶體 CMEM 所呈現的方式。

換個方式来说，即為單指令多數據流 (SIMD) 的架構，这也是 APEX 與 GPU 差異最大之處，因 GPU 屬於多指令多數據流 (MIMD) 故無法減少耗電量，而 APEX 能保持低功耗且仍有優渥的快速平行化運算速度，即為 APEX 的特點。如下图所示：
*詳細的速度比較將於後續博文跟大家分享。