可重构视频阵列处理器测试平台设计与实现

针对可重构视频阵列处理器的设计要求及传统测试方法测试视频编解码系统时速度慢、精度低和可观测性不强的问题。开发了基于Qt的用户界面,设计实现了以现场可编程门阵列(Field programmable gate-array,FPGA)为核心的软硬件协同测试平台。在PC端实现以软件仿真为基础的数据传输与图像重现,在FPGA端实现以可重构视频阵列处理器为基础的视频编解码算法并行映射。实验结果表明,在工作频率为100 MHz时,FPGA与PC之间可正确传输数据并满足算法测试时不同测试用例的更换需求,具有较好的可观测性。     

基于Android嵌入式系统低功耗方法研究

阐述了如何减少Android手机功耗,从而做到节电节能效果。不仅从硬件方面阐述减少功耗的方法,而且从最重要的软件程序设计入手来说明减少耗能的方法。由于嵌入式系统能耗与处理器工作频率和电压有关,通过Android的一个简单计算PI值的实验,分别使用单线程和双线程方法编程,同时利用Intel的能耗检验工具GPA来观察程序运行中的处理器电压和频率的变化情况,从而比较耗能在两种不同编程方式下的变化。从运行结果明显看出,使用双线程法编程能耗分析图像中检测出来处理器的频率和电压大大减少,从而使处理器能耗也大大减少。实验充分证明了可以利用优化的编程进行嵌入式系统功耗的优化。     

面向OpenCL的Mali GPU仿真器构建研究

针对嵌入式GPU通用计算的仿真器构建需求,通过对通用图形处理单元仿真器(general purpose graphics processing unit-simulator,GPGPU-sim)的计算核心、存储结构与Mali GPU的异同进行比较分析,首先建立面向OpenCL的Mali GPU仿真器的流程与结构,并设计计算单元数、寄存器数、最小并行粒度等GPU微体系结构参数的获取方法,在对GPGPU-sim进行修改和配置后,实现了对特定GPU架构的仿真器构建。使用矩阵相乘、图像处理等OpenCL程序对仿真器的准确性进行测试,以程序在仿真器和硬件平台上的执行周期数差距作为评估依据。实验结果表明:对于测试程序集中优化前的OpenCL程序,其中70%的程序在两个平台上的运行周期数差距不超过30%;对于优化后的OpenCL程序,其中90%的程序的运行周期数差距不超过30%。由此证明,构建的GPU仿真器能够满足OpenCL程序的仿真与性能评估。     

基于GPU的多维树搜索算法在管道流体仿真中的应用

为提高邻近粒子搜索速度,使水力压裂过程中注入管道内的水流现象更好地满足实时性要求,在图形处理器(GPU)上基于光滑粒子流体动力学(SPH)算法,将结合GPU的并行操作能力和多维树搜索算法优点的多维树搜索算法应用在水力压裂管道流体模拟中。首先,给出了流体粒子的受力分析及更新颗粒位置的方法;然后,给出了该算法在管道流体模拟中的具体实现过程。最后,通过实验近似模拟水力压裂过程中管道与水流交互过程,并与其他算法进行对比分析。结果表明将本文算法应用于大规模管道流体模拟中,执行速度快了几倍,实现了水流模拟在管道中的实时性。     

空中侦查气球要害部位实时检测

针对算法同时兼顾准确性与实时性这一现有图像目标检测方法难以解决的问题,提出一种在极坐标系统下的基于曲率特征的气球要害部位检测算法.该算法首先对图像进行灰度投影及三阶向后差分计算;然后对气球进行极坐标转换,并提取气球边界;最后,根据气球边界的曲率特征确定要害部位的位置.该算法利用气球在极坐标系统下的曲率特征进行要害部位的快速识别.实验结果表明:该算法能够同时满足准确性和实时性的要求,在DSP(TMS320C6678)上可处理200帧/s的红外视频,且有较高的检测准确率,检测准确率高于94%.     

一种面向多媒体和通信应用的处理器指令集及架构实现

提出了一种面向多媒体和通信应用的CPU和DSP一体化计算的指令集架构,并设计实现了一款基于该指令集架构的VLIW DSP处理器.该CPU和DSP融合指令集架构中的CPU指令兼容已有MIPS 4KC指令集,DSP指令为自主设计.针对多媒体和通信常用算法中并行度高等特点,提出了多条基于像素操作、向量操作和复数操作的DSP指令,并详细说明了实现这些指令的关键功能模块的电路实现方法.实验结果表明,在多媒体的插值、重建以及通信的滤波、FFT等算法上,采用本文提出的面对特定应用的指令集具有较明显的优势.流片测试结果证明该指令集架构可实现且有效.     

可变宽度通信处理器架构设计研究

随着无线移动设备的普及流行,对视频电话以及高清影视等新兴应用的需求日益显现。这些新兴的应用对无线移动设备的处理器提出了高性能和低功耗的要求。目前的移动设备采用了通用处理器、数字信号处理器以及硬件加速器的融合技术,提供每秒千兆次运算和毫瓦级功耗[1]。这种异构组织的构建和维护效率低,且浪费芯片面积和功耗。由于当前的移动处理器等无法满足下一代的无线移动设备更高的数据传输率、更复杂的算法、更低的功耗的要求,为移动设备设计下一代处理器来满足以上的需求成为必然。本论述给出了一个可变宽度的SIMD处理器体系架构的控制器和数据传输模块的设计方法。     

ARM GPU的多任务调度设计与实现

针对现有GPU任务调度系统在多任务环境下不能保证图形任务响应时间的问题,提出基于分类和多优先级队列(CPMQ)的调度方案,并在ARM的嵌入式GPU上实现验证。该方案中,将GPU的多任务划分为图形任务、通用计算任务和实时图形3类任务并分别建立队列排队,其中图形任务和通用计算任务按照优先级在各自队列中排队,实时图形按照任务截止时间排队。面向多队列的任务调度,优先从实时任务队列中选择任务,并按照加权公平算法分别在图形任务队列和通用计算队列中选择任务。实验结果表明:相比于ARM GPU的原有调度系统,CPMQ在不显著增加通用计算任务的执行时间和调度开销的情况下,将实时图形任务的帧率提升了5%~20%。     

一种应用于DC-OFDM系统的FFT处理器设计

设计了一种应用于双载波正交频分复用(DC-OFDM)无线通信系统的高速、低功耗快速傅里叶变换(FFT)处理器.为降低传统并行架构带来的硬件实现开销,提出了一种新型的结合FFT分解的多路并行架构,有效减少了实现所需的乘法器和加法器数目,在提高处理器数据吞吐率的同时,进行了芯片面积的优化.另外,采用提出的处理单元实现不同的基运算,并对基-2、基-22、基-23、基-24不同架构下的定点FFT运算所需的硬件开销进行定量分析,以选择最优的基结构.最后,介绍了旋转因子乘法器的设计.设计实现的128点FFT处理器采用SMIC 0.13μm CMOS工艺,芯片面积为1.44 mm2,最大数据吞吐率达到1GS/s,在典型工作频率500MS/s下的功耗为39.5mW.与现有其他128点FFT处理器相比,减小了面积,节约了功耗.     

基于软件无线电的调频立体声激励器的设计与实现

与传统采用模拟方式实现调制解调技术相比,全程数字化处理的调制器对信号处理的精度以及设备稳定性都有很大的提高.笔者在自行开发基于DSP FPGA DDS(带有IQ调制通道)结构的通用数字调制平台上,采用正交调制的方式实现了全数字调频激励器,这样避免了使用模拟方式造成的射频输出稳定性和同一性的下降,同时由于带有IQ调制通道的DDS对采样频率的内插提升,射频输出也无需再附加复杂的跟踪滤波器.