【摘要】：隨著LTE、4G無線通信、高清視頻編解碼、圖像匹配、雷達(dá)信號(hào)處理等高性能計(jì)算應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，標(biāo)量單核處理器難以滿足這類應(yīng)用的高密度實(shí)時(shí)計(jì)算需求，向量多核體系結(jié)構(gòu)成為當(dāng)前處理器設(shè)計(jì)的主流。但是，基于向量多核處理器的算法實(shí)現(xiàn)在并行編程、存儲(chǔ)管理等方面面臨巨大挑戰(zhàn)，如何高效地開發(fā)向量多核處理器的多級(jí)并行性成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。 YHFT-Matrix是國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)自主研發(fā)的一款面向軟件無線電的高性能向量多核處理器；而FFT/IFFT是LTE、4G無線通信技術(shù)中OFDM調(diào)制解調(diào)、MIMO信道估計(jì)等應(yīng)用的核心算法，因此，面向YHFT-Matrix的向量多核體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究高效的FFT/IFFT向量化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。 本文的主要工作包括： （1）針對(duì)單核YHFT-Matrix的向量數(shù)據(jù)訪問、處理和混洗網(wǎng)絡(luò)等體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分別提出高效的基2、基3、基4和基5FFT的向量化方法，該方法利用FFT算法的內(nèi)在并行性，能夠充分挖掘YHFT-Matrix的指令級(jí)、數(shù)據(jù)級(jí)和多核多級(jí)并行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這些算法均取得了較高的計(jì)算性能和加速比，其中2K點(diǎn)基2FFT計(jì)算時(shí)間為2985拍，相對(duì)同頻率下的TIC62xx，加速比為15.3；64K點(diǎn)基4FFT計(jì)算時(shí)間為91643拍，相對(duì)同頻率下的TIC62xx，，加速比為14.48； （2）在上述的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出一種實(shí)現(xiàn)混合基FFT的向量化方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，1200點(diǎn)混合基FFT計(jì)算時(shí)間為1982拍，取得了較高的計(jì)算性能； （3）針對(duì)四核YHFT-Matrix的SDP硬件同步和Qlink大塊數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩嗪藬?shù)據(jù)通信特點(diǎn)，提出一種實(shí)現(xiàn)四核并行的基2FFT的向量化方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，64K點(diǎn)四核并行基2FFT的計(jì)算時(shí)間為46953拍，與YHFT-Matrix單核相比，加速比為2.58，取得了較高的性能加速比； （4）綜合實(shí)現(xiàn)了一個(gè)包含F(xiàn)FT、位反序、信道估計(jì)、MIMO均衡和IFFT核心算法的OFDM接收端應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)取得了較高的計(jì)算性能，每個(gè)子幀的計(jì)算時(shí)間為234us，完全滿足LTE所要求的1ms的時(shí)間需求。
[Abstract]:With the development of high-performance computing applications such as LTE,4G wireless communication, high-definition video codec, image matching, radar signal processing and so on, scalar single-core processors are difficult to meet the high-density real-time computing needs of such applications. Vector multi-core architecture has become the mainstream of current processor design. However, the implementation of algorithms based on vector multicore processors faces great challenges in parallel programming and memory management. How to efficiently develop multilevel parallelism of vector multicore processors has become a hot research topic. YHFT-Matrix is a high performance vector multicore processor for software radio developed by the National Defense University of Science and Technology. FFT/IFFT is the core algorithm of OFDM modulation and demodulation, MIMO channel estimation and so on in LTE,4G wireless communication technology. Therefore, the YHFT-Matrix-oriented vector multi-core architecture is characterized. The research on efficient FFT/IFFT vectorization design and implementation method has important theoretical significance and application value. The main work of this paper is as follows: (1) aiming at the architecture characteristics of single core YHFT-Matrix, such as vector data access, processing and shuffling network, the efficient vectorization methods of radix 2, 3, 4 and 5 FFT are proposed, respectively. This method makes use of the inherent parallelism of FFT algorithm, and can fully mine the instruction level, data level and multi-core multilevel parallelism of YHFT-Matrix. Experimental results show that these algorithms have high computational performance and speedup, in which the calculation time of 2K-point-based 2FFT is 2985 beats, and the relative TIC62xx, speedup at the same frequency is 15.3. The calculation time of 64K point-based 4FFT is 91643 beats, and the TIC62xx, acceleration ratio at the same frequency is 14.48. (2) on the basis of the above, a vectorization method for the implementation of mixed-base FFT is proposed. The experimental results show that the calculation time of 1200-point mixed-base FFT is 1982 beat, and high computational performance is obtained. (3) aiming at the characteristics of SDP hardware synchronization of quad-core YHFT-Matrix and multi-core data communication of Qlink bulk data transmission, a vectorization method for realizing four-core parallel radix-2 FFT is proposed. The experimental results show that: The calculation time of 64K point four-core parallel basis 2FFT is 46953 beat, compared with YHFT-Matrix single core, the speedup is 2.58, and the performance speedup is higher. (4) A OFDM receiver application system which includes FFT, bit inversion, channel estimation, MIMO equalization and IFFT core algorithm is implemented. The experimental results show that the system achieves high computational performance. The calculation time of each subframe is 234us, which fully meets the time requirement of 1ms required by LTE.
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TP332;TN929.5

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2452262