本文選題：粗粒度可重構(gòu)處理器 + 雷達(dá)應(yīng)用　； 參考：《東南大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：兼具高性能與靈活性的粗粒度可重構(gòu)處理器,特別適于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)量大且計(jì)算密集的雷達(dá)信號(hào)處理過(guò)程。然而,隨著雷達(dá)性能需求的不斷增長(zhǎng),可重構(gòu)處理器的計(jì)算資源成倍增加,使得配置信息量隨之變大、配置傳輸時(shí)間急劇增長(zhǎng),重構(gòu)效率低最終導(dǎo)致可重構(gòu)處理器無(wú)法展現(xiàn)其計(jì)算性能優(yōu)勢(shì)。因此,建立高效的配置管理機(jī)制對(duì)于可重構(gòu)處理器十分重要。本文針對(duì)配置通路子系統(tǒng)中配置信息量大引起的配置傳輸時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題,依次開(kāi)展了下述幾項(xiàng)工作以提高重構(gòu)效率：一、分析了雷達(dá)信號(hào)處理過(guò)程,提取了其中的核心算法,并結(jié)合可重構(gòu)處理器的硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為核心算法選擇了合適的實(shí)現(xiàn)方案、進(jìn)行了運(yùn)算過(guò)程優(yōu)化：二、基于層次化配置存儲(chǔ)結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了RASP配置通路子系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),說(shuō)明了其工作方式,并評(píng)估了它的配置緩存訪問(wèn)性能及配置傳輸性能；三、分析了雷達(dá)核心算法的配置流特性,挖掘了算法多個(gè)并行任務(wù)的配置信息冗余規(guī)律以及算法子任務(wù)的配置信息冗余規(guī)律,并根據(jù)前者提出了配置信息的分級(jí)組織策略：四、基于雷達(dá)核心算法一個(gè)子任務(wù)的配置信息冗余規(guī)律,設(shè)計(jì)了一種基于動(dòng)態(tài)模式匹配的配置壓縮方法,在配置壓縮時(shí)動(dòng)態(tài)提取算法數(shù)據(jù)流圖中重復(fù)出現(xiàn)的基本單元的配置信息,并在解壓縮時(shí)將其動(dòng)態(tài)匹配到陣列上以得到完整的初始配置信息,在有效控制動(dòng)態(tài)解壓縮時(shí)間的同時(shí),大幅縮減了配置信息量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在SMIC 40nm工藝下,主頻為500MHz時(shí),針對(duì)雷達(dá)核心算法,本文的配置信息分級(jí)組織策略以及基于動(dòng)態(tài)模式匹配的壓縮方法,可將陣列配置信息量縮減到原來(lái)的40%以下且解壓縮時(shí)間僅需6 ns。在配置緩存開(kāi)銷減少25%的情況下,配置組緩存命中率提升了5%-8%,陣列配置緩存命中率提升了5%-16%,RASP的重構(gòu)性能提升到原來(lái)的2.60倍以上,高于SIMD和字典壓縮方法。對(duì)于同點(diǎn)數(shù)FFT運(yùn)算,優(yōu)化后RASP的性能是其他可重構(gòu)處理器的5倍以上,對(duì)于同階數(shù)矩陣求逆運(yùn)算,優(yōu)化后RASP的性能是其他可重構(gòu)處理器的3倍以上,且RASP在很大的參數(shù)范圍內(nèi)都能取得較好的性能,系統(tǒng)靈活性較好。
[Abstract]:Coarse-grained reconfigurable processors with high performance and flexibility are especially suitable for radar signal processing with large amount of data and dense computation. However, with the increasing demand for radar performance, the computing resources of the reconfigurable processor increase exponentially, resulting in the increase of configuration information and the rapid increase of configuration transmission time. The low reconfiguration efficiency ultimately leads to the inability of the reconfigurable processor to demonstrate its computing performance advantages. Therefore, it is very important to establish efficient configuration management mechanism for reconfigurable processors. Aiming at the problem of long configuration transmission time caused by the large amount of configuration information in the configuration passageway sub-system, this paper has carried out the following work in turn to improve the reconstruction efficiency: firstly, the radar signal processing process is analyzed, and the core algorithm is extracted. Combined with the hardware structure characteristics of the reconfigurable processor, this paper selects the appropriate implementation scheme for the core algorithm, and optimizes the operation process. Secondly, based on the hierarchical configuration storage structure, the basic structure of the RASP configuration pass-through sub-system is designed. Its working mode is explained, and its configuration cache access performance and configuration transmission performance are evaluated. Thirdly, the configuration flow characteristics of radar core algorithm are analyzed. The redundancy rule of configuration information of multiple parallel tasks and the redundancy rule of configuration information of algorithm sub-task are excavated. According to the former, the hierarchical organization strategy of configuration information is put forward: fourth, Based on the redundancy rule of configuration information of a sub-task of the radar core algorithm, a configuration compression method based on dynamic pattern matching is designed to dynamically extract the configuration information of the basic units repeated in the data flow diagram of the algorithm. The initial configuration information can be obtained by matching it to the array dynamically during decompression, which can effectively control the dynamic decompression time and greatly reduce the amount of configuration information. The experimental results show that when the main frequency is 500MHz in the SMIC 40nm process, the configuration information hierarchical organization strategy and the compression method based on dynamic pattern matching are proposed for the radar core algorithm. The array configuration information can be reduced to less than 40% and the decompression time is only 6 NS. Under the condition of 25% reduction of configuration cache overhead, the hit ratio of configuration group cache increases 5-8, and the hit rate of array configuration cache increases by more than 2.60 times than that of SIMD and dictionary compression method. For the same number of FFT operations, the performance of optimized RASP is more than 5 times that of other reconfigurable processors, and the performance of optimized RASP is more than 3 times that of other reconfigurable processors for the inverse operation of the same order matrix. RASP can achieve better performance in a wide range of parameters, and the system is flexible.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN957.51

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