基于FPGA的矩阵算法IP核技术研究

发布时间：2017-10-17 08:01

  本文关键词：基于FPGA的矩阵算法IP核技术研究

  更多相关文章： FPGA QDR DDR SRIO 矩阵转置 协方差 广义内积

【摘要】：矩阵运算被广泛地应用于信号处理系统中,在科学计算、数字信号处理和图像处理等领域发挥着巨大的作用,因此实现矩阵的高性能运算具有非常重要的意义。随着半导体技术的不断发展,FPGA已经具有极其丰富的运算逻辑资源,兼有运算能力强、能耗比高、可重构等优点,因此研究基于FPGA的矩阵算法IP核设计技术有着很大的工程应用价值。为了实现矩阵运算的高效数据传输,本文首先研究了SRIO互联技术,采用一种可以支持对板内存储空间动态访问的地址映射机制,设计并完成了基于FPGA的高速SRIO通信接口IP核；本文研究了矩阵转置的实现方法,深入分析了不同存储介质的特点和适用性,提出了一种基于多级缓存的转置结构,同时采用乒乓机制实现转置的流量控制,在此基础上设计并完成了基于DDR+QDR的矩阵转置IP核,可以实现更高数据通过率的矩阵转置算法；本文通过分析协方差和广义内积的运算特点以及数据依赖关系,进而优化算法流程,在此基础上设计并完成了具有标准化总线接口的矩阵协方差IP核、广义内积IP核和权值IP核,其结构都具有良好的可扩展性,并且支持参数的动态配置。本文结合高级验证方法学,完成了基于System Verilog的验证平台,提高了算法IP核的调试效率。最后搭建硬件实验平台,验证了本文设计的矩阵算法IP核的正确性,在时钟频率200MHz的条件下,能达到18.68Gflops的处理能力。
【关键词】：FPGA QDR DDR SRIO 矩阵转置 协方差 广义内积
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN791
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-17
• 1.1 背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究现况12-15
• 1.3 论文结构安排15-17
• 2 高速SRIO通信设计17-29
• 2.1 SRIO协议技术研究17-20
• 2.2 地址映射机制20-22
• 2.3 SRIO IP核设计22-27
• 2.4 本章小结27-29
• 3 矩阵转置设计29-51
• 3.1 大规模矩阵转置的实现方法29-30
• 3.2 存储介质的特性30-32
• 3.2.1 高速存储器30
• 3.2.2 DDR SDRAM30-31
• 3.2.3 QDR SRAM31-32
• 3.2.4 其他32
• 3.3 多级缓存的矩阵分块转置32-33
• 3.4 矩阵转置的实现33-48
• 3.4.1 整体结构33-34
• 3.4.2 命令解析单元34
• 3.4.3 矩阵分割单元34-41
• 3.4.4 乒乓转置单元41-47
• 3.4.5 矩阵合成单元47-48
• 3.5 本章小结48-51
• 4 矩阵运算设计51-77
• 4.1 标准化IP核接口设计51-54
• 4.2 矩阵运算基本运算单元54-60
• 4.2.1 复数乘法运算单元55-57
• 4.2.2 向量内积单元57-58
• 4.2.3 浮点运算单元的资源分析58-60
• 4.3 协方差IP核60-68
• 4.3.1 协方差IP核结构62-63
• 4.3.2 数据缓存单元63-67
• 4.3.3 运算单元67
• 4.3.4 数据填充单元67-68
• 4.4 广义内积IP核68-73
• 4.4.1 广义内积IP核结构70-71
• 4.4.2 数据缓存单元71-72
• 4.4.3 运算单元72-73
• 4.5 权值IP核73-75
• 4.5.1 数据缓存单元73-74
• 4.5.2 运算单元74-75
• 4.5.3 除法单元75
• 4.6 本章小结75-77
• 5 矩阵运算IP核的验证77-91
• 5.1 基于SystemVerilog的验证平台77-78
• 5.1.1 SystemVerilog验证平台的优点77
• 5.1.2 验证平台的整体结构77-78
• 5.2 转置IP核的功能验证78-79
• 5.3 协方差IP核的功能验证79-81
• 5.4 广义内积IP核的功能验证81-83
• 5.5 权值IP核的功能验证83-85
• 5.6 实验平台及结果分析85-89
• 5.7 本章小结89-91
• 6 总结与展望91-93
• 6.1 总结91-92
• 6.2 展望92-93
• 参考文献93-99

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 田蕾;范士明;;星载SAR成像处理系统中多线程矩阵转置的设计和实现[J];航天器工程;2010年06期

2 刘玉坤;单冬红;;矩阵转置算法的研究[J];计算机时代;2011年09期

3 林桐;谢宜壮;刘伟;;实时SAR成像系统矩阵原位转置的实现[J];计算机工程;2013年06期

4 王耘;冯金东;刘飚;;科技论文中表格数据处理的矩阵转置法[J];编辑学报;2014年03期

5 谭阳;唐钊轶;全惠云;;一种因子化的稀疏矩阵转置算法[J];湖南师范大学自然科学学报;2012年03期

6 边明明;毕福昆;汪精华;;实时SAR成像系统矩阵转置方法研究与实现[J];计算机工程与应用;2011年22期

7 鲍胜荣;周海斌;;SAR实时成像高效矩阵转置研究和实现[J];现代雷达;2013年03期

8 王敏;;基于压缩存储的稀疏矩阵转置算法研究[J];科学技术与工程;2010年04期

9 谢应科,张涛,韩承德;实时SAR成像系统中矩阵转置的设计和实现[J];计算机研究与发展;2003年01期

10 周云才;;稀疏矩阵转置算法赏析[J];科技信息;2011年14期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 宋露露;刘维;王忆文;;矩阵转置器的精简设计[A];第十五届计算机工程与工艺年会暨第一届微处理器技术论坛论文集（A辑）[C];2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 胡天驰;基于FPGA的矩阵算法IP核技术研究[D];浙江大学;2016年

2 王林泉;SAR实时成像系统中的压缩和矩阵转置研究[D];电子科技大学;2005年

，

本文编号：1047672