我们组今年电赛准备用安路FPGA做关键词唤醒，现在卡在存储架构上。音频数据从ADC进来要写SD卡，同时又要从SD卡读出来送去做MFCC特征提取，SD卡读写和DDR3缓存之间带宽怎么分配才不互相拖后腿？我看到有人用双缓冲加AXI总线仲裁，但具体到安路国产FPGA的IP核上，不知道有没有现成的方案可以参考？求做过类似项目的同学指点一下，最好能说下大概的FIFO深度和仲裁优先级怎么设置。
5 个回答
先别急着上AXI仲裁，安路自家IP对AXI的支持没那么顺手，很多还要自己包一层。我去年做过类似的，给你个参考做法：ADC进来的音频直接走DMA进DDR3的一片环形缓冲区，SD卡写入也从这个环形区搬，特征读取则用另一块独立的小FIFO从DDR3读。这样SD卡和MFCC读DDR3其实是两条通路，只是DDR3端口要仲裁。优先级上，音频采集写DDR3最高，SD卡写入次之，MFCC特征读取最低，因为特征提取可以等，但音频丢一帧就麻烦。FIFO深度别迷信2KB，得算：48kHz采样、16bit单声道，一帧10ms就是960字节，双缓冲至少得1.9KB，所以2KB确实够，但如果你用32bit宽度的FIFO，那实际深度得按条目数算，别搞错单位。SD卡用4线SDIO模式，实测能到10MB/s以上，音频才96KB/s，完全够，瓶颈大概率在DDR3仲裁上。我建议你先做个简单的分时复用：一个状态机轮询三个申请源，每个源最多占用固定周期数，比如音频写8个周期、SD写4个、特征读2个，这样轮下来最差延迟也就14个周期，不会卡顿。另外安路的IP里有个DDR3控制器自带多端口功能的话就直接用，没有就自己写个简单仲裁器，别搞太复杂。如果只是想先跑通，甚至可以SD卡写作废，先只做DDR3缓存和特征提取，验证算法再补存储。你们用的是安路哪款芯片？如果是EG4系列，DDR3控制器有些隐藏坑，比如刷新优先级设置不对会导致偶发卡顿，这个得留意。
双缓冲加简单轮询仲裁就够了，别迷信AXI，安路那套IP用起来费劲。FIFO深度2KB起步，音频优先级最高，特征读取放最后。先跑通再优化，卡顿大多是SD卡驱动没写好，不是带宽问题。你用的哪款芯片？
这个问题的本质不是带宽不够，而是你混淆了「实时性」和「吞吐量」两个概念。音频采集到SD卡，要求的是持续写入不丢数，这是实时性；从SD卡读回来做MFCC，要求的是平均延迟可接受，偶尔慢一点没关系。DDR3带宽按你这种应用，48kHz×2字节=96KB/s的音频流，加上MFCC特征帧，就算特征提取要读原始数据10倍量，也才1MB/s级别，而DDR3随便跑个几百MB/s，带宽根本用不完。真正会卡的是仲裁逻辑写得不合理，比如某个申请源长期占用总线，导致音频DMA超时。我建议你放弃AXI总线的想法，直接写一个简单的固定优先级仲裁器：音频写DDR3永远是最高优先级，因为这是硬实时；SD卡写入次之，因为它有FIFO缓冲可以容忍短暂等待；MFCC特征读取最低，因为你可以让它读慢点，甚至读失败重试。关键在于FIFO深度的计算要基于最坏情况下的突发延迟，而不是平均带宽。比如音频DMA每10ms产生一次写请求，需要一次写入960字节，如果仲裁器最坏要等100us才轮到它，那FIFO得能缓存这段时间的数据，即96KB/s×100us=9.6字节，加上双缓冲余量，2KB绰绰有余。但如果你把特征读取也做成高优先级，或者仲裁器有bug导致某些情况下长时间抢不到总线，那FIFO再深也没用。另外SD卡写操作有擦写周期，4线模式虽然吞吐高，但写命令发出后可能要等几百us才完成，这期间如果卡住仲裁器，就会影响音频。我的做法是给SD卡写入配一个独立的小FIFO，比如512字节，让SD卡驱动自己从这个FIFO取数据，而不是直接申请DDR3总线，这样SD卡写入的慢节奏就被隔离了。至于安路的IP核，你去看EG4系列的用户手册，DDR3控制器有个multi-port选项，开启后自带仲裁，但优先级是固定的，好像音频这种高实时性需求不一定能满足，所以我还是建议自己写。最后给你个学习路径：先写一个极简的轮询仲裁器跑通，测出实际延迟和吞吐，再用逻辑分析仪抓DDR3端口利用率，如果利用率低于20%就别纠结优化了，大概率是别的地方卡。你们打算用SD卡存多久的音频？如果是长时间连续录音，还得考虑文件系统写入的块对齐问题，这个也容易造成周期性卡顿。
先对齐一下你的场景：ADC 采音频是硬实时，MFCC 特征读取是软实时，SD 卡存储其实是两者之间的缓冲层。按我去年做类似题目的经验，你先别把 SD 卡读写和 DDR3 缓存当成两个对等的带宽竞争者，它们其实是上下游关系——音频从 ADC 进 DDR3 环形缓冲，然后由 SD 卡 DMA 从这个缓冲搬走；MFCC 读的是 SD 卡里的文件，但经过 DDR3 做一次缓存，避免每次特征提取都直接打 SD 卡。这样 DDR3 的仲裁端口其实只有两个请求方：音频采集写、特征读取读，SD 卡读写只是 DDR3 的间接使用者。优先级上音频采集写永远最高，因为它丢了没法补；特征读取次之，因为它可以容忍几十毫秒延迟。FIFO 深度我建议按帧算：48kHz 采样、16bit 单声道，一帧 10ms 就是 960 字节，双缓冲至少 1920 字节，所以 2KB 是下限。但注意安路 IP 的 FIFO 深度参数通常按条目数填，如果数据位宽是 32bit，那 2KB 要写成 512 条目，别直接填 2048。关于 AXI 仲裁，安路自家的 IP 对 AXI 支持确实不顺手，常见做法是写一个简单的固定优先级仲裁器，音频写通道永远 grant，特征读通道在音频空闲时 grant，用两个独立 FIFO 做跨时钟域缓冲就行。SD 卡用 4 线 SDIO 模式实测能到 10MB/s 以上，音频流才 96KB/s，所以真正的瓶颈不在带宽，而在你 SD 卡驱动的写命令间隔和擦除块对齐。建议你先跑通最简单的音频进 DDR3 再落 SD 卡，同时单独测 SD 卡读文件到 DDR3 的速率，两个通路分开验证都达标了，再合到一起看仲裁。你用的安路具体哪个型号？不同系列的 DMA 控制器和内存控制器接口差异挺大的。
其实不用想那么复杂，音频写 DDR3 优先级最高，特征读取放最低，SD 卡用 4 线模式，FIFO 2KB 双缓冲起步，先跑通再说。卡顿八成是 SD 卡驱动没写好，不是带宽问题。你们用的安路哪款片子？
发表回答
登录后可在本页底部提交回答