發(fā)布時(shí)間：2020-04-05 01:45

【摘要】： 可重構(gòu)系統(tǒng)中單個(gè)可重構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)關(guān)系到協(xié)處理陣列的硬件資源消耗和功能實(shí)現(xiàn),而且陣列中各單元的通信機(jī)制決定著算法的執(zhí)行效率和配置指令的復(fù)雜性。本文基于MorphoSys的結(jié)構(gòu)模型,將優(yōu)化設(shè)計(jì)的可重構(gòu)單元復(fù)制構(gòu)成一個(gè)8x8陣列,各單元間采用二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)互聯(lián)并按照相同的指令對(duì)不同的數(shù)據(jù)操作,實(shí)現(xiàn)單指令流多數(shù)據(jù)流。 本設(shè)計(jì)提出高效通用可重構(gòu)協(xié)處理器模型,對(duì)可重構(gòu)單元進(jìn)行了改進(jìn),增加一位控制線,使得同行同列的可重構(gòu)單元在相同配置字下實(shí)現(xiàn)不同的功能,增加系統(tǒng)靈活性;同時(shí)定義適合于多媒體圖像處理算法的配置字格式和指令,設(shè)計(jì)16x16乘法器,既適用于16位的整數(shù)乘法,又支持復(fù)數(shù)乘法。 對(duì)陣列內(nèi)的互聯(lián)進(jìn)行優(yōu)化,提出三級(jí)交叉互聯(lián)和橫向跨象限互聯(lián),不僅減少互聯(lián)資源,而且提高了圖像處理中蝶形運(yùn)算的全局通信效率,特別為多點(diǎn)的FFT和DCT變換提供更高效的數(shù)據(jù)通路,從而以更簡(jiǎn)化的指令完成數(shù)據(jù)處理功能。 本文針對(duì)多媒體圖像處理中常用的FFT和DCT變換,在靈活性和高效性之間得以折中,以較少的硬件資源大大增強(qiáng)了GRC(General Reconfigurable Cell)功能的靈活性。 最后通過圖像處理常用算法的映射,對(duì)協(xié)處理陣列的性能進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果顯示IGRC(Improved General Reconfigurable Coprocessor)的性能超過同類其它系統(tǒng)。
【圖文】：

按照前文對(duì)IGRC的定義以及GRC單元和互聯(lián)的優(yōu)化，設(shè)計(jì)的8x8GRA陣列結(jié)構(gòu)如圖 27所示，包括64個(gè)GRC單元和各單元間的通信資源。最左邊為行、列的配置存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)緩沖器，他們?cè)趨f(xié)處理指令下向陣列載入配置字和計(jì)算數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地指導(dǎo)GRA陣列的工作。具體對(duì)算法進(jìn)行映射時(shí)，只要分析算法、定義相應(yīng)配置字信息，并存儲(chǔ)計(jì)算數(shù)據(jù)。

圖 28 矩陣乘法仿真結(jié)果Fig 28 Simulation result of matrix multiplication8X8 矩陣乘以 8X1 向量運(yùn)算需要 64 個(gè)乘法和 56 個(gè)加法，理想情況下假設(shè)乘法和加法分別為 1 個(gè)周期出結(jié)果，對(duì)應(yīng)普通串行的處理器需要 120 個(gè)周期，而對(duì)應(yīng)可重構(gòu)協(xié)處理器只需 4 個(gè)周期，加上 8 個(gè)周期載入數(shù)據(jù)，總共也只要 12 個(gè)周期。大大提高了運(yùn)算效率。6.2 FFT 算法映射快速傅立葉變換在多媒體處理中有著廣泛的應(yīng)用，，傅立葉分析提供了獲取頻域信息的一種較為完整的方法，它可以使我們利用頻率、幅值和相位來(lái)描述時(shí)域中的振動(dòng)波形，事實(shí)上傅立葉分析理論涵蓋聲、光、電、熱、量子力學(xué)以及自動(dòng)控制等諸多領(lǐng)域，Garwin 和 Tukey 對(duì)其計(jì)算方法進(jìn)行了改進(jìn)，創(chuàng)造了快速傅立葉變換(簡(jiǎn)稱 FFT這樣一種信息處理的技術(shù)，使得傅立葉變換在計(jì)算機(jī)上的運(yùn)算次數(shù)大為減少，求解過程的運(yùn)算速度加快，提高了數(shù)字處理的速度[34][35]。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TP332

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本文編號(hào)：2614358