基于MicroBlaze的矩阵运算实现技术研究.pdf

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1、基于MicroBlaze的矩阵运算实现技术研究郑华夏2015年1月中图分类号：UDC分类号：基于MicroBlaze的矩阵运算实现技术研究作者姓名郑华夏学院名称信息与电子学院指导教师吴嗣亮教授答辩委员会主席崔嵬教授申请学位级别工学硕士学科专业信息与通信工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月TheResearchoftheMatrixOperationImplementationBasedonMicroBlazeCandidateName：HuaxiaZhengSchoolorDepartment：SchoolofInformationand

2、ElectronicsFacultyMentor：Prof.SiliangWuChair,ThsisCommittee:Prof.WeiCuiDegreeApplied：MasterofEngineeringMajor：InformationandCommunicationEngineeringDegreeby：BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位

3、论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要随着阵列信号处理技术的不断发展，矩阵运算的地位显得越来越重要，应用也变的越来越广泛。矩阵描述让许多工程变的更简洁，矩阵运算也让工程处理变的更有效。现阶段工程应用中实现矩阵运算的方法主要有通用数字信号处理器(DSP)、专用芯片(ASIC或FPGA)以及二者相结合的方法。DSP处理速度慢；FPGA实现逻辑控制较复杂，开发难度大；而FP

4、GA+DSP方案在成本、尺寸、可靠性及可扩展性方面存在不足。针对该背景，本文提出了基于XilinxFPGA内嵌的MicroBlaze软核的矩阵运算单元设计方案，其架构为MicroBlaze处理器+自定义协处理器，其中MicroBlaze处理器基于C语言开发，实现矩阵运算算法的逻辑控制，协处理器基于VHDL语言开发，实现矩阵相乘的大量并行乘累加操作。基于MicroBlaze软核的嵌入式系统具有可裁剪、可扩展等优良特性，而协处理器仍然采用VHDL语言并行实现，这样系统设计不仅可以满足高实时性的要求，同时增加了系统设计灵活性，降低了系统开发难度，在成本、尺寸、可

5、靠性方面也有了很大改善。这对本课题组工程应用以及其他领域矩阵运算处理相关工作具有重要的现实意义。关键词：矩阵运算FPGAMicroBlaze协处理器QR分解IAbstractWiththecontinuousdevelopmentoftechnologyaboutarraysignalprocessing,thestatusofmatrixoperationsbecomesincreasinglyimportantandtheapplicationsareincreasinglywidespread.Itmakesmanyprojectsmoreconci

6、seandworksmoreeffectivetodescribeprogramsinmatrixway.Atthepresentstage,wehaveseveralmethodstoachievematrixoperationinengineeringapplicationsasfollows:GeneralPurposeDigitalSignalProcessor(DSP),ASICorFPGAandFPGA+DSP.ProcessingspeedofDSPisnotfastenough;ThelogiccontrollinginFPGAiscomp

7、lexandisdifficulttodevelop;andtheFPGA+DSPprogramdeficienciesintermsofcost,size,reliabilityandscalability.Consideringthisbackground,ThisarticleproposesadesignofmatrixoperationsunitbasedonMicroBlazesoft-coreembeddedintheXilinxFPGA.UsingthearchitectureofMicroBlazeprocessor+coprocesso

8、r,wedevelopMicroBlazeprocessorusi