對于軟硬件交互不頻繁的硬件加速器，接口工作在“單步”模式就可以滿足軟件需求；對于需要復(fù)雜軟硬件接口設(shè)計(jì)才能滿足系統(tǒng)需求的硬件加速器，依然需要“單步”模式用于模塊功能測試和芯片回片調(diào)試。因此，對于任何一個(gè)需要和軟件交互的硬件加速器，軟硬件接口都會支持“單步”模式。

常見的“單步”模式硬件加速器如下圖所示

-) 從control path的角度，HWA內(nèi)部包括配置寄存器和中斷（一般而言硬件加速器用線中斷，但是系統(tǒng)中斷里類似MSI這樣的消息中斷會占比更大）

-) 從data path的角度，HWA內(nèi)部一般會有FIFO和RAM用于數(shù)據(jù)緩存

軟件在“單步”模式下使用硬件加速器的流程一般如下：

1. 調(diào)用功耗管理程序打開HWA和通路上的相關(guān)時(shí)鐘。如果條件允許，對HWA做一次軟復(fù)位（不管是軟件工程師還是硬件工程師，都相信“干凈”的初始狀態(tài)能避免各種奇奇怪怪的異常）

2. 讀寫HWA里的配置寄存器，完成對HWA的各項(xiàng)配置

3. 啟動(dòng)HWA，等待完成中斷。對于實(shí)時(shí)性要求高的任務(wù)，由于軟件進(jìn)出中斷的時(shí)間較長（不同的CPU和操作系統(tǒng)時(shí)間有區(qū)別，一般是us級），常常采用polling寄存器的方式替代

4. 中斷到來后讀取結(jié)果和狀態(tài)，清除中斷

5. 調(diào)用功耗管理程序關(guān)閉HWA和通路上的相關(guān)時(shí)鐘

配置寄存器是硬件加速器軟件接口設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容之一，一般包括如下內(nèi)容：

1. 參數(shù)配置寄存器

2. 工作開關(guān)寄存器（譬如start和stop）

3. 中斷寄存器

4. 異?；謴?fù)寄存器（實(shí)際上軟件很少用，但是經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師都會加入）

5. 用于debug的各種狀態(tài)寄存器

一般而言，CPU讀寫HWA的配置寄存器需要xx-xxx ns（取決于總線架構(gòu)設(shè)計(jì)和HWA總線接口設(shè)計(jì)）。對于順序執(zhí)行的CPU，一次讀寫寄存器的操作可能帶來幾百個(gè)CPU周期的性能損失，大大降低了CPU的MIPS，因此在配置寄存器設(shè)計(jì)過程中需要特別關(guān)注軟件讀寫配置寄存器的效率問題。一般而言，需要按照如下原則進(jìn)行設(shè)計(jì)：

1. 關(guān)注配置寄存器的高效性，讓CPU在一次任務(wù)中盡可能減少對HWA配置寄存器的訪問次數(shù)

-) 讓所有的bit賦值操作都在regfile上做，

-) 對于多CPU共同訪問的寄存器，硬件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)mutex功能，一個(gè)最通常的例子是DMA通道寄存器和中斷互發(fā)寄存器

-) 不論是讀還是寫，避免同一個(gè)task需要訪問多次配置寄存器，當(dāng)然這個(gè)和可擴(kuò)展性往往是沖突的，需要根據(jù)實(shí)際情況trade off

2. 保持配置寄存器的可擴(kuò)展性，沒有經(jīng)驗(yàn)的工程師，往往會把寄存器排列的過于緊密，等到想要升級的時(shí)候，常常會因?yàn)檎也坏娇臻g而暗自神傷。在十幾年前，由于地址空間有限，把寄存器排列的過于寬松也是一種缺點(diǎn)。不過現(xiàn)在一般來說地址空間都遠(yuǎn)大于實(shí)際需求（CPU地址已經(jīng)在48bit，256TB），因此適當(dāng)?shù)膶捤梢呀?jīng)不是一種罪過，當(dāng)然地址空洞依然會導(dǎo)致一系列很討厭的工程小問題

不管做任何事情，透過紛繁復(fù)雜的現(xiàn)象看清事物的本質(zhì)都是很重要的能力。所謂HWA，可以把它在軟硬件上整體理解為一條專用的“加速指令”，CPU和HWA的交互，其實(shí)可以抽象為CPU執(zhí)行了一條復(fù)雜的專用指令