基于FPGA的矩阵运算实现

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1、南京理工大学硕士学位论文基于FPGA的矩阵运算实现姓名：林皓申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：苏卫民20070615硕士论文基于FPGA的矩阵运算实现摘要密集型的矩阵运算在信号处理和图像处理中被广泛应用，而且往往需要系统进行实时运算，这就需要系统具有很高的吞吐率。因此寻找矩阵运算的高速实现方法是很有意义的。FPGA的运算速度快并且可以并行运算，和其它矩阵运算的实现方式相比，FPGA有其独特的优势。本文主要设计并实现了基于FPGA的各种矩阵运算模块。本文首先介绍了矩阵运算的特点和原理，接着讨论了FPGA浮点运算单元的VHDL设计方法，在此

2、基础上，设计了矩阵相乘累加、三角矩阵求逆和一般矩阵分解求逆的运算模块，给出矩阵阶数扩大时各种矩阵运算的分块实现方法。然后在ModelSim环境下仿真了一般矩阵的求逆模块，与Manab仿真结果比较，分析了运算精度、时间复杂度和资源占用情况，在Virtex．4系列FPGA硬件平台上进行了调试和测试，并通过USB接口将矩阵运算结果送入PC机，验证了基于FPGA矩阵运算的正确性和可行性。最后对矩阵求逆模块在雷达信号中的应用作了简单介绍。关键词：矩阵运算，FPGA，并行结构，浮点运算硕士论文基于FPGA的矩阵运算实现Intensivemalrixoperati

3、onsarewidelyusedinsignalproce醛ingandi11硷gPprocessing．1惋soperationsalwaysrequkethesystemforreal-time．Andthearchitecmre、vitllhi班throughputrateisthereforehighlysoughtfor．Soit'susefultofindwaystorea比Bmatrixoperationsforhighspe虻d．Comparedwiththeothermethod,usingFPGAhasitsownuniquead

4、vantagesbecauseofitshi91lspeed,andit'seasytOrealizeparallelcomputationshl】ctL搬byFPGA．111isdissertationmainlydiscussestherealizationofmatrixoperationbasedonFPGA．First,thecharacteristicandthetheoreticofmatrixoperationsa托Introduced．Andthedesignoffloating-pointoperationunitusingVHD

5、Lisdescribed．Onthisbasis，thematrixmultiplicationcumulativemodule，thetriangularmatrixinversionmoduleandthegeneralmatrixinversionmodulearedesigned．Inordertosolvetheproblemswhichbroughtbytheexpansionofmatrixorder,thepartitionedmatrixalgorithmtorealizehighordermatrixoperationisdisc

6、ussed．ThenthegeneralmatrixinversionmoduleiSsimulatedinModelsim．11lcprecisionofresultcomparedwithMatlab．timeandresourcesoccupiedbyFPGAa坞analyzed．ThentheprogrammerisdownloadedonVirtex-4FPGAhardwareplatformtorealizehi．ixinversion．AndtheresultistransferedtoPCbyUSB．Accordingly,theco

7、rrectnessand龟asibilityofmatrixoperationb髂edonFPGAarevalidated。Atlast,theuseofmatrixInversioninRadarSignalProcessingissimplyintroduced．Keywords：MatrixOperation,FPGA，ParallelStructure，Floating-pointOperationII声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，

8、也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中