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“Mind the gap”: 虚拟原型中的GPU建模

feng
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“Mind the gap” 中文直译“小心站台间隙”，比较拗口。第一段大致意思是Fast model过去有块空白是关于GPU的建模，现在我们成功填补了这个空白。我们直接进入主题：
最近发布的Fast Model 11.0 release中包含了两个重要的GPU模型部件：Generic Graphics Accelerator (GGA)和GPU Register Models (GRM)。对于软件编程视角而言，GPU建模的挑战是现有的CPU有效建模技术不能很好适用在GPU上，我们需要不同的建模手段。
 
GGA: Generic Graphics Accelerator
 
GGA通过利用Fast Model运行的主机GPU来加速目标软件中的图形调用。目的是支持应用层的软件集成，用户可以使用它来开发运行基于OpenGL ES version 2.0, 3.0, or 3.1 APIs的应用程序。下图示出GGA的建立框架，红色高亮部分为GGA部件。
 
其中Fast Model平台通过一个side channel来截获并导出软件栈中的OpenGL ES调用，再通过Mali OpenGL ES emulator来转换成OpenGL 调用。Mali emulator可以免费在ARM网站下载 ( https://developer.arm.com/products/software-development-tools/graphics-development-tools/opengl-es-emulator ). OpenGL调用可以运行在工作站的GPU及自带显卡驱动上。最终结果被读回到Fast Model reconciler中的一个缓冲区，如果虚拟原型中包含合适的显示模块，结果可以显示到虚拟的LCD上。GGA已经在包括AMD，Intel及Nvidia主机显卡方案上做过大量测试。  Fast Models User Guide 文档给出了所需OpenGL的最低兼容性，及推荐驱动等。
 
使用GGA可以达到每秒多个高清帧的处理速率。这相对于用软件模拟图形调用的方式优势非常明显，后者处理一帧数据可能需要很多秒时间。这里有个经常被问到的问题是可否利用服务器和计算集群来运行虚拟原型，通常服务器不包含主机GPU。有两个可能的方案：使用CPU软件渲染来替代GPU，或者使用远程GPU。我们选择后者作为后续开发方向，因为可以提供更高的性能。
 
通过上面描述可以看出，GGA并不提供任何硬件接口且完全替换了目标设计上的现有GPU驱动软件。因此，并不适用于运行在最终设备上的实际驱动软件的开发与集成。为此，我们可以将GGA与Mali GPU寄存器模型结合起来。
 
GRM: Graphics Register Model
 
GRM通过模拟一个虚拟GPU来使能开发者的图形软件集成工作，帮助发现驱动与应用层的问题。Fast Models 11.0的Mali-G71是GRM第一发布模型，目前实现兼容Android 4.4.2 (KitKat), 6.0.1 (Marshmallow), and 7.0 (Nougat) and OpenGL ES versions 2.0, 3.0, and 3.1. 其他Mali GPU的GRM模型例如 Mali-G61 and Mali-G72正在开发中。
 
下图示出GRM如何与GGA相配合。这里新加的部件为软件栈中的Mali驱动，与目标硬件运行的驱动相同，GRM例化在Fast Models中。
 
 
GGA与GRM的结合使得用户可以在实际硬件出来前在虚拟原型上运行调试全部Mali软件栈。
 
集成应用示例及Mali软件
 
为使用GRM与GGA，你需要一个基于Fast Model建立的虚拟原型，或者由我们EDA伙伴提供的集成方案。Fast Models User Guide解释了具体步骤及如何在该平台构建相关的软件栈。
我们同时也提供一个集成GGA与Mali-G71 GRM的示例FVP（Fixed Virtual Prototype），该FVP可以通过developer.arm.com获取（文末提供了相关链接），网页包含了关于该FVP的更多信息及下载链接。在 “System Guidance for Mobile” 标题下你可以看到 SGM-775 platform ，即为我们开发的第一个包含GGA与GRM的FVP，注册账号即可下载。
要获取运行在该FVP上软件栈——包括boot代码，安全固件及Android，请参考链接https://developer.arm.com/products/system-design/system-guidance，其中会提到相关的下载信息。
最后，要调试运行代码时，ARM DS-5 Ultimate版本包含了直接连接SGM-775 FVP的配置文件。准备好所有这些，你就可以搭建出类似下面的环境：
 
 
 
其中你可以看到FVP运行弹出的两个窗口，右边的用以指示仿真状态包括每个核的指令计数与运行状态；左右的是仿真LCD，这里由Mali-DP650 Fast Model驱动。第三个窗口为DS-5 GUI，这里显示的是基于Cortex-A75 与 Cortex-A55的DynamIQ cluster的处理器核及其中一个核对应的反汇编代码。
 
虚拟原型通过硅片前使能软件卡发，已经被多次证明有益于新SoC的加速上市。GRM的出现并通过GGA提供的性能支撑，使得虚拟原型这一技术扩展到图形子系统。
大家有兴趣的话可以访问developer.arm.com的Fixed Virtual Prototypes 页面以获取更多信息，包括评估关于Mali GPU的新技术方案。
 
我们真的““fixed the gap””。
（号外：ARM Mali GPU的模型团队就在上海，希望为国内用户带来更好的使用体验~）
Anonymous
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