面向视觉信息处理的可重构单元阵列的研究与设计

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1、面向视觉信息处理的可重构单元阵列的研究与设计Theresearchanddesignofthereconfigurableprocessingelementarrayforvisualinformationprocessing领域：集成电路工程作者姓名：周佳慧指导教师：史再峰讲师企业导师：张国辉工程师天津大学电子信息工程学院二零一五年十一月摘要可重构处理器是在通用处理器与ASIC基础上提出的一种新型处理器。可重构处理器除了具有根据不同应用改变处理方式的优点，同时还具有高可编程度、高能效性的特点，因而在很多方面得到

2、了广泛关注。本文立足于目前几种主流可重构处理器的结构原理，对面向视觉信息处理的可重构处理单元阵列进行了研究与设计。本文首先对目前主流的可重构处理器分别从处理单元功能、配置字结构、互连拓扑结构等方面进行研究分析，并结合视觉信息处理算法的特征有针对性地进行面向视觉信息处理的可重构处理单元阵列的设计。其中处理单元包括13种基本运算，能够满足在视觉信息处理中对于运算和控制的基本要求。在执行流程上，采用外部控制的形式对处理单元进行同步，以保证数据交互的准确性。在配置方式上，分别从处理单元阵列配置，处理单元顶层配置，处理单元

3、单周期配置分层展开。在迭代方式上，三个配置层上都具有迭代次数字段以压缩配置信息从而减小配置时间，并且多层迭代的方式对算法的循环能够更加灵活地展开。共享存储单元采用多块RAM以及仲裁单元的结构来减缓多个处理单元的访问冲突，能够实现同地址访问的广播机制。本文设计了3种可重构处理单元阵列的互连结构，并基于FPGA搭建了可重构处理单元阵列互连的设计空间开发环境,用来验证不同算法在不同互连结构的性能指标，以指导可重构处理单元阵列互连结构的选取。最后根据以上设计编写硬件代码并使用Modelsim以及ISE进行仿真分析，功能正

4、确。关键词：可重构；处理单元；互连；共享存储。ABSTRACTReconfigurableprocessorisanewtypeofprocessorbasedongeneralpurposeprocessorandASIC,reconfigurableprocessorhastheadvantagesofchangingthewayofprocessing,atthesametimehasahighperformance,thusitgetsextensiveattentioninmanyways.Forvid

5、eoimageprocessing,theperformanceofcoarse-grainedreconfigurableprocessorisexcellent,thusitbecomesasubstituteforthegeneralprocessorandASIC.Reconfigurableprocessorisstillinitsinfancy,researchislessathomeandabroad.Basedonthestructureofseveralmainstreamreconfigura

6、bleprocessors,thereconfigurableprocessorforvisualinformationprocessingisstudiedanddesigned.ThisthesisfirststudiesandanalyzesthecurrentclassicalreconfigurableprocessorsfromthefunctionofProcessingElement(PE),configurationword,interconnectiontopology.Combinedwit

7、hthecharacteristicsofthevisualinformationprocessingalgorithmsthispapercarriesoutthedesignoftheProcessingElementArray(PEA)targetedforvisualinformationprocessing.Thereare13kindsofbasicoperationinPE,whichcansatisfythebasicrequirementsforvisualinformationprocessi

8、ng.PEsaresynchronizedbyexternalcontrollertoensuretheaccuracyofthedatainteraction.Therearethreelevelsconfigurationforthearray,theconfigurationofPEA,theconfigurationofPEandtheconfigurationo