Adaptação e aceleração do middleware Ginga-NCL para o sistema-em-chip do SBTVD

Abstract

Este trabalho tem por finalidade aprimorar o Sistema-em-Chip (SoC) desenvolvido para um "Set-Top Box"de Televisão Digital com a capacidade de executar aplicações segundo o Sistema Brasileiro de Televisão Digital (SBTVD) e melhorar o desempenho do novo sistema. A "Rede H.264"e o "GingaCDN", dois projetos desenvolvidos anteriormente relacionados à Televisão Digital, foram utilizados como base para esse trabalho. A Rede H.264 teve como principal objetivo o desenvolvimento de codificadores e decodificadores para o padrão brasileiro. O resultado foi um SoC para "Set-Top Box"que inclui uma interface de usuário, um processador e os decodificadores de áudio e vídeo com suas respectivas interfaces de saída. Por outro lado, o GingaCDN criou uma implementação de referência para o middleware do SBTVD, denominado Ginga. O primeiro passo foi adicionar regras para compilar o Ginga no ambiente de desenvolvimento do SoC, sendo necessárias diversas mudanças na infraestrutura do middleware. O desempenho do sistema é melhorado através de hardware-software codesign onde as primitivas do Ginga que consomem maior tempo de processamento e de processador foram implementadas em hardware. O ganho obtido ocorre devido a dois fatores: o sistema se torna mais rápido e os recursos da CPU são liberados para outras aplicações. Neste trabalho, o alvo foi o subsistema gráfico do middleware, onde o impacto é mais significativo. Um estudo das características do hardware do sistema foi realizado e, então, uma função gráfica foi escolhida e implementada em hardware. Todas as etapas para substituir uma função em software por outra equivalente em hardware são descritas no texto. Entre as contribuições deste trabalho, abre-se espaço para dar continuidade à expansão das capacidades do "Set-Top Box"por meio de módulos de hardware, melhorando a eficiência do SoC para esta aplicação, dito então "Ginga-ready". A experiência pode ser estendida também para auxiliar a geração de middleware para outras plataformas.

This work aims to enhance a System-on-Chip (SoC) designed for Digital Television Set-Top Box in order to run applications according to the Brazilian Television standard (SBTVD) and to increase the performance by hardware. Two previous projects related to the Digital Television, "Rede H.264" and "GingaCDN", were used as base for this work. The "Rede H.264" had as main objective the development of codecs for the Brazilian standard. The result was a SoC for a Set-Top Box which includes a processor, audio and video decoders with output drivers, and user interface. Otherwise, the "GingaCDN" created a reference implementation for the middleware of the SBTVD, called Ginga. The first step was to add rules to compile Ginga on the development environment of the SoC, for which some configuration of the Ginga middleware needed to be changed. Performance improvement was obtained by hardware-software codesign where Ginga primitives that are time and processor consuming could be implemented in hardware. The gain is twofold: the system becomes faster and CPU resources are freed for other applications. In this work, the target was the graphical subsystem primitives of the middleware, where the impact is more significant. A study of the hardware characteristics of the system was made, and then a graphical function was chosen and implemented on hardware. All the steps needed to substitute a software function by an equivalent one implemented in hardware are described in the text. Among the contributions of this work, the way is openned to continue the expansion of the capabilities of the Set-Top Box by efficient hardware modules on a so called "Ginga-ready" SoC. The experience may be useful also to help the generation of the middleware for other platforms.