可編程邏輯芯片特別是現(xiàn)場可編程門陣列(Field-Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)芯片的快速發(fā)展，使得新的芯片能夠根據(jù)具體應(yīng)用動態(tài)地調(diào)整結(jié)構(gòu)以獲得更好的性能，這類芯片稱為動態(tài)可重構(gòu)FPGA芯片(Dynamically ReconfigurableFPGA，DRFPGA)。然而，使用這類芯片構(gòu)建的可重構(gòu)系統(tǒng)在實際應(yīng)用前還有許多問題需要解決。一個基本的問題就是動態(tài)可重構(gòu)FPGA芯片中的可重構(gòu)功能單元(Reconfigurable Functional Unit，RFU)的模塊布局問題和模塊間的布線問題。 本文從基本的FPGA芯片結(jié)構(gòu)和CAD算法談起，介紹了可重構(gòu)計算的概念，建立了可重構(gòu)計算系統(tǒng)模型和動態(tài)可重構(gòu)FPGA芯片模型，在此模型上提出一個基于劃分和時延驅(qū)動的在線布局算法，和一個基于Pathfinder協(xié)商擁塞算法的布線算法，來解決動態(tài)可重構(gòu)FPGA芯片的布局和布線問題。由硬件描述語言(Hardware Description Language，HDL)描述的電路首先被劃分成有限數(shù)目的層，然后將這些電路層布局到芯片的每一層，同時確保關(guān)鍵路徑的時延最小。實驗結(jié)果表明，布局算法與傳統(tǒng)的布局算法(或者文獻[37]中的算法)相比，在時延上平均減少27％，在線長上平均減少34％(或者11％)，在運行時間上平均減少42％(或者97％)。布線算法與傳統(tǒng)的布線算法相比，能夠?qū)⒕€長降低26％，將水平通道寬度降低27％，顯示出較高的性能。
標簽： FPGA 動態(tài)可重構(gòu) 布局布線 算法研究
上傳時間： 2013-05-24
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隨著現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量迅速增長，傳統(tǒng)的路由器已經(jīng)無法滿足網(wǎng)絡(luò)的交換和路由需求。當前，新一代路由器普遍利用了交換式路由技術(shù)，通過使用交換背板以充分利用公共通信鏈路，有效的提高了鏈路的利用率，并使各通信節(jié)點的并行通信成為可能。硬件系統(tǒng)設(shè)計中結(jié)合了專用網(wǎng)絡(luò)處理器，可編程器件各自的特點，采用了基于ASIC，F(xiàn)PGA，CPLD硬件結(jié)構(gòu)模塊化的設(shè)計方法。基于ASIC技術(shù)體系的GSR的出現(xiàn)，使得路由器的性能大大提高。但是，這種路由器主要滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(文字，圖象)的傳送要求，不能解決全業(yè)務(wù)(語音，數(shù)據(jù)，視頻)數(shù)據(jù)傳送的需要。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，矛盾越來越突出，而基于網(wǎng)絡(luò)處理器技術(shù)的新一代路由器，從理論上提出了解決GSR所存在問題的解決方案。 基于網(wǎng)絡(luò)路由器技術(shù)實現(xiàn)的路由器，采用交換FPGA芯片硬件實現(xiàn)的方式，對路由器內(nèi)部各種單播、多播數(shù)據(jù)包進行路由轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)路由器與外部數(shù)據(jù)收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)通信。本文主要針對路由器內(nèi)部交換FPGA芯片數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)流程的特點，分析研究了傳統(tǒng)交換FPGA所采用的交換算法，針對簡單FIFO算法所產(chǎn)生的線頭阻塞現(xiàn)象，結(jié)合虛擬輸出隊列(VOQ)機制及隊列仲裁算法(RRM)的特點，并根據(jù)實際設(shè)計中各外圍接口芯片，給出了一種消除數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中出現(xiàn)的線頭阻塞的iSLIP改進算法。針對實際網(wǎng)絡(luò)單播、多播數(shù)據(jù)包在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)處理過程的不同，給出了實際的解決方案。并對FPGA外部SSRAM包緩存帶寬的利用，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的包亂序現(xiàn)象及FPGA內(nèi)部環(huán)回數(shù)據(jù)包的處理流程作了分析并提出了解決方案，有效的提高了路由器數(shù)據(jù)交換性能。 根據(jù)設(shè)計方案所采用的算法的實現(xiàn)方式，結(jié)合FPGA內(nèi)部部分關(guān)鍵模塊的功能特點及性能要求，給出了交換FPGA內(nèi)部可用BlockRam資源合理的分配方案及部分模塊的設(shè)計實現(xiàn)，滿足了實際的設(shè)計要求。所有處理模塊均在xilinx公司的FPGA芯片中實現(xiàn)。
標簽： 網(wǎng)絡(luò) 報文交換 算法 路由器
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，計算機圖形學(xué)應(yīng)用越來越廣泛，尤其是三維(3D)繪圖。3D繪圖使用3D模型和各種影像處理產(chǎn)生具有三維空間真實感的影像，應(yīng)用于虛擬真實情況以及多媒體的產(chǎn)品上，且多半是使用低成本的實時3D計算機繪圖技術(shù)為基礎(chǔ)。在初期3D圖形學(xué)剛起步時，由于圖形簡單，因此可以利用CPU來運算，但隨著圖形學(xué)技術(shù)的發(fā)展，所要繪制的圖形越來越復(fù)雜，這時如果單純依賴CPU來處理，不能達到實時的要求，因此需要專門的硬件來加速圖形處理，GPU(圖形處理單元)因此出現(xiàn)了。不過由于3D圖形加速硬件的復(fù)雜性和短壽命，這極大地提高了對硬件開發(fā)環(huán)境的需要。為了更好的對設(shè)計進行更改和測試，不能僅僅用專門定制的方法來設(shè)計，需要其他的方：硬件描述語言(HDL)和FPGA。 隨著計算機繪圖規(guī)模的需要，借助輔助硬件資源，來提高圖形處理單元(GPU)處理速度的需求越來越普遍。自從15年前現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)開始出現(xiàn)以來，其在可編程硬件領(lǐng)域所起的作用越來越大。它們在速度、體積和速度方面都有了很大的提高。這意味著FPGA在以前只能使用專用硬件的場合越來越重要。其中一個應(yīng)用領(lǐng)域就是3D圖形渲染，在這個研究領(lǐng)域里人們正在利用具有可編程性能的FPGA來幫助改進圖形處理單元(GPU)的性能。 能夠在廉價、可動態(tài)重新配置的FPGA上實現(xiàn)復(fù)雜算法來輔助硬件設(shè)計。本文的設(shè)計就是通過在FPGA上實現(xiàn)3維圖形幾何處理管線部分功能來提高圖形處理速度。具體實現(xiàn)中使用硬件描述語言(Verilog HDL)進行邏輯設(shè)計，并發(fā)現(xiàn)問題解決問題。 本文主要特色如下： 1.針對幾何變換換子系統(tǒng)，提出一種硬件實現(xiàn)方案，該方案能對基本的幾何變換如：平移、縮放、旋轉(zhuǎn)和投影進行操作。首先構(gòu)造出總體變換矩陣，隨后進行矩陣乘法運算，再進行投影變換，最后輸出變換座標。提出一種脈動陣列結(jié)構(gòu)，用于兩個矩陣的乘法運算。找到一種快捷的方法來實現(xiàn)矩陣相乘，將能大大提高系統(tǒng)的效率。 2.對于3D圖形裁剪，文中描述了一種裁剪引擎，它能夠處理3D圖形中的裁剪、透視除法以及視口映射的功能。硬件實現(xiàn)的難度取決于裁剪算法的復(fù)雜程度。我們在Sutherland-Hodgman裁剪算法的基礎(chǔ)上提出一種新的裁剪算法，該算法通過去除冗余頂點以提高處理速度，同時利用編碼來判斷線段可見性的方法使得硬件實現(xiàn)變得很容易。 3.最后，我們在FPGA上實現(xiàn)了幾何變換以及三維裁剪，并與C語言的模擬結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)結(jié)果正確，且三維裁剪能夠以3M個三角形/s的速度運行，滿足了圖形流水中的實時性要求。
上傳時間： 2013-04-24
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采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)可以快速實現(xiàn)數(shù)字電路，但是用于生成FPGA編程的比特流文件的CAD工具在編制大規(guī)模電路時常常需要數(shù)小時的時間，以至于許多設(shè)計者甚至通過在給定FPGA上采用更多的資源，或者以犧牲電路速度為代價來提高編制速度。電路編制過程中大部分時間花費在布線階段，因此有效的布線算法能極大地減少布線時間。 許多布線算法已經(jīng)被開發(fā)并獲得應(yīng)用，其中布爾可滿足性(SAT)布線算法及幾何查找布線算法是當前最為流行的兩種。然而它們各有缺點：基于SAT的布線算法在可擴展性上有很大缺陷；幾何查找布線算法雖然具有廣泛的拆線重布線能力，但當實際問題具有嚴格的布線約束條件時，它在布線方案的收斂方面存在很大困難。基于此，本文致力于探索一種能有效解決以上問題的新型算法，具體研究工作和結(jié)果可歸納如下。 1、在全面調(diào)查FPGA結(jié)構(gòu)的最新研究動態(tài)的基礎(chǔ)上，確定了一種FPGA布線結(jié)構(gòu)模型，即一個基于SRAM的對稱陣列(島狀)FPGA結(jié)構(gòu)作為研究對象，該模型僅需3個適合的參數(shù)即能表示布線結(jié)構(gòu)。為使所有布線算法可在相同平臺上運行，選擇了美國北卡羅來納州微電子中心的20個大規(guī)模電路作為基準，并在布線前采用VPR399對每個電路都生成30個布局，從而使所有的布線算法都能夠直接在這些預(yù)制電路上運行。 2、詳細研究了四種幾何查找布線算法，即一種基本迷宮布線算法Lee，一種基于協(xié)商的性能驅(qū)動的布線算法PathFinder，一種快速的時延驅(qū)動的布線算法VPR430和一種協(xié)商A
上傳時間： 2013-05-18
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紋理映射在計算機圖形計算中屬于光柵化階段，處理的是像素，主要的特點是數(shù)據(jù)的吞吐量大，對實時系統(tǒng)來說轉(zhuǎn)換的速度是一個關(guān)鍵的因素，人們尋求各種加速算法來提高運算速度。傳統(tǒng)的方法是用更快的處理器，并行算法或?qū)Ｓ糜布ｋS著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，尤其是可編程邏輯門陣列(FPGAs)的發(fā)展，提供了一種新的加速方法。FPGAs在密度和性能上都有突破性的發(fā)展，當前的FPGA芯片已經(jīng)能夠運算各種圖形算法，而在速度上與專用的圖形卡硬件相同。因此，F(xiàn)PGA芯片非常適合這項工作。 本文主要工作包括以下幾個方面： 1、本文提出了一種MIPmapping紋理映射優(yōu)化方法，改進了MIPmapping映射細化層次算法及紋理圖像的存儲方式，減少紋理尋址的計算量，提高紋理存儲的相關(guān)性。詳細內(nèi)容請閱讀第三章。 2、提出了一種MIPmapping紋理映射優(yōu)化方法的硬件實現(xiàn)方案，該方案針對移動設(shè)備對功耗和面積的要求，以及分辨率不高的特點，在參數(shù)空間到紋理地址的計算中用定點數(shù)來實現(xiàn)。詳細內(nèi)容請閱讀第四章。 3、實現(xiàn)了紋理映射流水線單元紋理地址產(chǎn)生電路，及紋理濾波電路的FPGA設(shè)計，并給出設(shè)計的綜合和仿真結(jié)果。詳細內(nèi)容請閱讀第五章4、實現(xiàn)了符合IEEE 754單精度標準的乘法、乘累加及除法運算器電路。乘法器采用改進型Booth編碼電路以減少部分積數(shù)量，用Wallace對部分積進行壓縮；乘累加器采用multiply-add fused算法，對關(guān)鍵路徑進行了優(yōu)化；除法器為基于改進型泰勒級數(shù)展開的查找表結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，查找表尺寸只有208字節(jié)，電路為固定時延，在電路尺寸、延時及復(fù)雜度方面進行了較好的平衡。
上傳時間： 2013-04-24
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FPGA布局算法和軟件位于工藝映射和布線之間，是一個承上啟下的階段，對最終的布通率和時序都有著重要的影響。 本論文的工作之一便是研究旨在提高布通率的布局算法。在研究了國內(nèi)外裝箱和布局算法的基礎(chǔ)上，本文提出了一種新的結(jié)合了裝箱的布局算法框架，并稱之為"低溫交替改善的"布局算法。其基本思想是，在模擬退火的低溫階段交替的優(yōu)化裝箱和布局。本文給了基于學(xué)術(shù)界標準布局布線軟件VPR的一個軟件實現(xiàn)，并且提出了低溫的判定條件以及一種新的選擇待交換邏輯單元的方法。采用三種不同的裝箱算法作為布局輸入，基于VPR的低溫交替改善的布局算法實現(xiàn)，在布通率上，比VPR分別提高了21.3％、15.5％、10.7％。而帶來的平均額外時間開銷不到20％。 FPGA布局軟件實現(xiàn)對整個FPGA CAD流程的運行效率，算法的可擴展性也有著不可忽視的影響。現(xiàn)代FPGA有著多樣而復(fù)雜的邏輯和布線資源。而學(xué)術(shù)界的布局軟件'VPR所面向的FPGA卻只能處理十分簡單的FPGA結(jié)構(gòu)，對于宏、總線、多時鐘等實際應(yīng)用中很重要的部分都沒有考慮。本文提出了"邏輯單元層"的概念，用具有特定幾何結(jié)構(gòu)的邏輯單元層來統(tǒng)一處理多種類型的邏輯資源。針對相對位置約束在現(xiàn)代FPGA布局軟件中的重要地位，我們提出了一種處理相對位置約束的方法。這些討論均已經(jīng)在面向Xilinx SpartanⅡ芯片布局的原型系統(tǒng)中得到了實現(xiàn)，初步證實了這些方法的可擴展性和實用性。
標簽： FPGA 布局 算法研究 軟件實現(xiàn)
上傳時間： 2013-06-21
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CCSDS組織(空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會)于2005年公布了新的圖像壓縮標準，該標準算法采用基于小波變換的比特平面編碼方法，支持無損有損壓縮編碼和精確碼率控制并具有較好的抗誤碼能力和非常高的圖像壓縮性能，能滿足實際應(yīng)用中的多種需求。同時該算法具有較低的算法復(fù)雜度，易于低功耗硬件實現(xiàn)，并且對航天圖像具有較高的適應(yīng)性，因此，在航天應(yīng)用方面具有廣闊的前景。 本論文主要針對CCSDS圖像壓縮算法的FPGA硬件實現(xiàn)，在有限的硬件資源下，提出高速高效的CCSDS圖像壓縮編碼器設(shè)計方案并在已有的FPGA硬件平臺上加以實現(xiàn)。本文首先對CCSDS圖像壓縮算法的編碼原理進行詳細介紹；然后提出DWT、BPE和碼流組織這三大模塊的并行化硬件實現(xiàn)方案，并給出了進行批量仿真測試的仿真平臺設(shè)計方案。最后在Xilinx VIRTEX-II FPGA平臺上經(jīng)過成功驗證，測試結(jié)果表明系統(tǒng)各項技術(shù)指標可滿足星載圖像壓縮的要求。
標簽： CCSDS 算法 星載 圖像壓縮系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-13
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·【內(nèi)容簡介】本書所關(guān)注的是圖算法領(lǐng)域。從實用的視角，以獨特的結(jié)構(gòu)將有關(guān)內(nèi)容組織在一起，從而使讀者不僅可以對這一領(lǐng)域有系統(tǒng)性的認識，而且還可在實踐中靈活使用所提供的算法工具。本版中，增加了數(shù)以千計的新練習(xí)、數(shù)百年新圖表以及數(shù)十個新程序，而且對所有的圖表和程序都做了詳盡的注釋說明；不僅涵蓋了新的主題，還對許多經(jīng)典算法提供了更為充分的解釋。所有讀者都可從中得到極為豐富的學(xué)習(xí)資料，從而更好地理解基本概念。
上傳時間： 2013-04-24
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介紹了基于數(shù)字圖像處理的QR碼識別算法。該方案綜合運用了圖像灰度化、濾波去噪、二值化、邊緣檢測、圖像旋轉(zhuǎn)等多種圖像處理方法對條碼圖像進行預(yù)處理。理論分析和實驗結(jié)果表明：該算法提高了識讀的靈活性和可靠性，為QR碼識別提供了一種新途徑。
標簽： 數(shù)字圖像處理 QR碼 中的應(yīng)用 算法
上傳時間： 2013-11-13
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為了提高數(shù)字水印抗擊各種圖像攻擊的性能和保持圖像的穩(wěn)健性和不可見性，提出了一種基于離散小波變換（DWT），SVD（singular value decomposition）奇異值分解水印圖像和原始載體圖像的離散余弦變換（DCT）的自適應(yīng)水印嵌入算法，主要是將水印圖像的兩次小波變換后的低頻分量潛入到原始圖像分塊經(jīng)過SVD分解的S分量矩陣中，同時根據(jù)圖像的JPEG壓縮比的不同計算各個圖像塊的水印調(diào)節(jié)因子。實驗證明該算法在抗擊JPEG壓縮、中值濾波、加噪等均具有很好的魯棒性，嵌入后的圖像的PSNR達到38，具有良好的視覺掩蔽性
標簽： 數(shù)字水印算法
上傳時間： 2013-10-09
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