發(fā)布時間：2019-11-05 20:56

【摘要】：在當今時期,伴隨著現(xiàn)代數(shù)字信號處理逐步向高速度,大容量數(shù)據(jù)以及高速實時計算的方向發(fā)展,對高速度與高性能并存的計算及其實現(xiàn)方式的研究成為了近代數(shù)學和信息處理技術(shù)的一項重要命題。面對一些復雜的計算問題,使用軟件的計算方式在速度上越來越不能滿足計算要求,因此,如何利用硬件來高速的,實時的完成計算任務(wù)顯然更加具有意義。非線性函數(shù)的擬合計算問題是現(xiàn)代數(shù)字信號處理領(lǐng)域內(nèi)的一個重要的研究方向。擬合算法能夠處理一些超越函數(shù)在結(jié)構(gòu)上的復雜性,將之轉(zhuǎn)換成在硬件上容易實現(xiàn)的計算方式。隨著超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展,片上系統(tǒng)的技術(shù)愈加趨向成熟。而對于一些能夠處理復雜運算,具有高速,高效,實時性的片上系統(tǒng),將復雜的超越函數(shù)擬合計算方式集成到這類片上系統(tǒng)中,尤其是一些具有多核結(jié)構(gòu)的系統(tǒng),這樣可以極大的豐富這類系統(tǒng)的整體計算能力,更高速、高效的實現(xiàn)一些復雜算法,是一項具有較高應(yīng)用價值的研究方向。本文針對上述問題,進行了有關(guān)非線性函數(shù)擬合技術(shù)的研究,設(shè)計了一款能夠計算多種非線性函數(shù)的擬合器,并將它與片上系統(tǒng)相結(jié)合,論文的主要工作如下:首先,對現(xiàn)有的硬件實現(xiàn)擬合技術(shù)手段進行了深入對比研究,分析對比各種方法的優(yōu)勢與局限性。并結(jié)合面向高密度計算的片上系統(tǒng)對于非線性函數(shù)計算精度較高的需求,挑選出最適合的擬合算法。其次,基于分段非線性逼近法的擬合原理,設(shè)計了一款能夠處理多種非線性函數(shù)計算的擬合器。它能夠處理多種函數(shù)的計算,包括在數(shù)字信號處理領(lǐng)域內(nèi)使用頻繁的三角函數(shù)的處理,在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用十分廣泛的S型函數(shù)的處理,以及反三角函數(shù)的處理。這些函數(shù)的計算結(jié)果能夠達到一個很高的精度,適用于面向高密度計算的片上系統(tǒng)。最后,將此擬合器集成到目標SoC上的浮點運算簇中,并結(jié)合這些函數(shù)展開了一些應(yīng)用,完成了一些算法在目標系統(tǒng)上的實現(xiàn),并通過實驗證明了這種處理非線性函數(shù)的擬合器在性能上的正確性,結(jié)合系統(tǒng)具有一定的應(yīng)用價值。
【圖文】：

硬件加速的原理是通過提高并行性實現(xiàn)對運算加速的，一般采用硬件復制的流逡逑水線方法。數(shù)據(jù)處理在整個設(shè)計的處理過程中是單向的，前一級的輸出送給下一級逡逑作為輸入，處理步驟如圖１．１所示，基于流水線的設(shè)計思想來提高系統(tǒng)的工作頻率。逡逑由各單元完成流水線的各個步驟，，當數(shù)據(jù)沿流水線依次通過所有的功能單元后，就逡逑完成了所有的數(shù)據(jù)處理，并將數(shù)據(jù)輸出到寄存器。其中，流水線上各功能單元可以逡逑并行執(zhí)行，只要滿足上、下功能單元的輸出與輸入對應(yīng)，則整個流水線正常工作，逡逑所有單元并行工作，且無須等整個流水線處理結(jié)束才能開始下一批數(shù)據(jù)的處理，從逡逑而保證了數(shù)據(jù)占滿所有功能單元，提升處理速率［１５＿１６１。逡逑２逡逑

邋１逡逑分段線性逼近法，是指在處理相對復雜的非線性函數(shù)時，利用直線來逼近曲線逡逑的方法，其原理如圖２．１所示。設(shè)待計算的非線性函數(shù)的曲線為ｙ邋＝邋ｆ00，且逡逑ｘｅ［Ｍ，Ｎ］。分段線性逼近法是按照一定的方法，將待計算函數(shù)所在的區(qū)間㈧，Ｎ；｜逡逑分割成一定數(shù)量的子區(qū)間［Ｍ，，Ｎｉ］，其中，ｉ表示分割成的小區(qū)間數(shù)。之后，在每個逡逑子區(qū)間［Ｍｐ邋Ｎｊ］上，利用直線：Ｆ（ｘ）邋＝邋ｋｉＸ邋＋邋ｂｉ，ｘｅ［Ｍｉ，Ｎｊ］來逼近曲線ｙ邋＝邋ｆ（ｘ），逡逑ｘｅ［Ｍｉ，化］。每個子區(qū)間的端點化叫做分段線性逼近法的逼近基點，在逼近基逡逑點處應(yīng)該滿足如下關(guān)系：逡逑＝邐明＝購邐（２．１）逡逑＂ｙ逡逑／邋■逡逑ｆ（ｘ）｜逡逑＾邋－立邐Ｎ邋ｘ逡逑圖２．１分段線性逼近法原理圖逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ｐｉｅｃｅｗｉｓｅ邋ｌｉｎｅａｒ邋ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ邋ａｌｇｏｒｉｔｈｍ逡逑由于每個子區(qū)間的兩個逼近基點的值可以通過曲線ｙ邋＝邋ｆ00簡單的得出，所以每逡逑個子ＩＥ間的逼近直線段Ｆ（ｘ）邋＝邋ｋｉＸ邋＋邋ｂｉ也可以通過兩個逼近基點的值帶入，分別求得逡逑ｋｊ和ｂｉ的值，從而完成每個分段子區(qū)間上直線段逼近曲線段的過程。逡逑由分段線性逼近法的原理能夠看出
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN791

【參考文獻】

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本文編號：2556350