本次技術(shù)分享介紹VeriStand的執(zhí)行機(jī)制以及該機(jī)制下信號(hào)傳輸?shù)难舆t，當(dāng)仿真測(cè)試對(duì)信號(hào)延遲有一定要求時(shí)，考慮VeriStand執(zhí)行機(jī)制的影響是必要的，現(xiàn)在請(qǐng)跟隨小編的步伐一起學(xué)習(xí)吧！

本文教程：

VeriStand執(zhí)行機(jī)制

一、硬件單點(diǎn)采樣

VeriStand添加通道時(shí)默認(rèn)使用的是硬件單點(diǎn)采樣模式，該模式下采集數(shù)據(jù)不會(huì)在緩存中停留等待，這是由于硬件單點(diǎn)采樣模式不帶緩沖機(jī)制，無(wú)需等待采集到特定個(gè)點(diǎn)數(shù)后再讀取。

在VeriStand中設(shè)置硬件單點(diǎn)定時(shí)采集時(shí)，將使用機(jī)箱背板提供的時(shí)鐘來(lái)同步AI和AO 。如下圖，硬件定時(shí)同步更新 I/O模式下AI采集的值經(jīng)過了R、P、W步驟后，需要等待下一次時(shí)鐘的上升沿才能由AO輸出，即AI、AO操作需要與時(shí)鐘信號(hào)對(duì)齊。

二、VeriStand的工作機(jī)制和延遲

1、并行執(zhí)行模式

在并行執(zhí)行模式下，使用硬件定時(shí)同步更新 I/O，AI和AO需要與時(shí)鐘對(duì)齊，AO輸出的是上一次PCL主循環(huán)（Primary Control Loop）中AI讀取并經(jīng)模型處理的值，所以存在一個(gè)PCL執(zhí)行時(shí)間的延遲，對(duì)于10k模擬頻率的情況，延遲為100μs。

具體原理如上圖，模型的執(zhí)行結(jié)果直接傳輸?shù)较乱籔CL主循環(huán)，AI、AO都對(duì)齊來(lái)自機(jī)箱背板的時(shí)鐘信號(hào)實(shí)現(xiàn)同時(shí)執(zhí)行，但AO輸出的是上一個(gè)PCL的執(zhí)行結(jié)果，過程中有一個(gè)PCL執(zhí)行周期的延遲。

2、低延遲執(zhí)行模式

低延遲執(zhí)行模式下，AI采集到值并經(jīng)過模型運(yùn)算后立刻傳到AO輸出，無(wú)需等待到下一次PCL再進(jìn)行AO輸出；AI在采樣時(shí)鐘的上升沿進(jìn)行采集，AO等待接受到模型執(zhí)行結(jié)果后輸出，AI到AO的延遲約等于模型執(zhí)行時(shí)間（數(shù)據(jù)的硬件傳輸時(shí)間不超過1us）。

此時(shí)AI仍然嚴(yán)格對(duì)齊時(shí)鐘，但是AO的更新時(shí)間由得到模型處理結(jié)果后對(duì)AO賦值的時(shí)間節(jié)點(diǎn)決定，因?yàn)槟Ｐ偷膱?zhí)行速度不是精確恒定，AO的輸出節(jié)拍會(huì)有抖動(dòng)，是否產(chǎn)生不良影響由具體情況而定。

3、模型執(zhí)行順序Execution Order

當(dāng)需要執(zhí)行多個(gè)模型且模型之間有數(shù)據(jù)傳遞，模型的執(zhí)行順序設(shè)置會(huì)對(duì)延遲產(chǎn)生較大影響。

還記得之前教程出現(xiàn)過的Execution Order嗎，在這里可以設(shè)置模型的執(zhí)行順序，執(zhí)行前后順序按Group分組，默認(rèn)會(huì)把所有模型放到同一分組并行執(zhí)行。下面通過示意圖展示模型執(zhí)行的機(jī)制，結(jié)論基于驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)而來(lái)。

3.1 模型的并行執(zhí)行

首先看默認(rèn)的模型并行執(zhí)行的情況，假設(shè)三個(gè)模型從上到下依次傳遞數(shù)據(jù)。

三個(gè)模型同組的執(zhí)行機(jī)制如上圖所示，類似于前文描述的 輸入、模型、輸出 并行執(zhí)行模式，只不過這里變成了模型1、模型2、模型3并行執(zhí)行，即三個(gè)模型依舊是同時(shí)執(zhí)行，但每次傳遞數(shù)據(jù)到下一個(gè)模型都必須等待下一次PCL主循環(huán)。

所以，若VeriStand設(shè)置為并行執(zhí)行，三個(gè)模型均在同一Group，則上圖中PCL n進(jìn)行了AI采集并立刻傳輸給模型1運(yùn)算，經(jīng)過傳遞，最終在PCL n+2中由模型3輸出最終計(jì)算結(jié)構(gòu)，并在下一次的PCL n+3中由AO輸出，AI到AO有三個(gè)PCL周期的延遲。

同理，如果VeriStand設(shè)置為低延遲模式，三個(gè)模型依然是在同一Group，那么AI到AO的延遲=兩個(gè)PCL執(zhí)行周期+模型3的執(zhí)行耗時(shí)。

3.2 模型的分步執(zhí)行

當(dāng)模型被安排到前后按順序執(zhí)行的一個(gè)個(gè)Group時(shí)，模型的執(zhí)行機(jī)制就類似于上文中描述的VeriStand低延遲執(zhí)行模式。

如上圖所示，三個(gè)模型不是并行執(zhí)行，其按照設(shè)置的Group順序前后進(jìn)行。

若VeriStand設(shè)置為并行執(zhí)行，模型執(zhí)行順序按照分組前后執(zhí)行：AI在PCL n開始時(shí)采集，經(jīng)過三個(gè)模型計(jì)算，運(yùn)算結(jié)果在PCL n+1開始時(shí)由AO輸出，AI到AO的延遲為一個(gè)PCL周期。

若VeriStand設(shè)置為低延遲模式，模型執(zhí)行順序按照分組前后執(zhí)行：AI在PCL n開始時(shí)采集，經(jīng)過三個(gè)模型計(jì)算，運(yùn)算結(jié)果在第三個(gè)模型執(zhí)行結(jié)束后立刻由AO輸出，無(wú)需等待到下一次PCL主循環(huán)，AI到AO的延遲約等于三個(gè)模型的計(jì)算耗時(shí)。

4、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

感興趣的小伙伴可以參考上圖的原理設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證本文所提到的兩種執(zhí)行模式的原理和延遲。其中，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生三角波輸入到AI 0，VeriStand采集到AI 0的數(shù)據(jù)后映射到模型，模型不改變值并直接輸出到AO 0，AO 0輸出電壓到AI 1，將AI 0、 AI 1、AO 0顯示在波形顯示面板。

上圖統(tǒng)計(jì)了各設(shè)置下執(zhí)行時(shí)AI 0到AO 0的實(shí)驗(yàn)真實(shí)延遲，本次實(shí)驗(yàn)的VeriStand目標(biāo)頻率是1k，1ms等價(jià)于1個(gè)PCL周期，大家可以自己推導(dǎo)一下理論延遲做對(duì)比；兩設(shè)置排列組合下所有情況的延遲都符合理論預(yù)設(shè)的預(yù)期。

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