自适应二进制算术编码的动态可重构实现研究

针对H.266/VVC视频编码标准下的上下文自适应二进制算术编码器编码速度慢、资源开销大的问题,面向可重构结构依据算法的内在并行特性优化了编码架构,并基于动态可重构阵列处理器设计实现了CABAC编码器常规编码模式下的并行映射方法,阵列结构能够根据编码输入对优化后的算法进行动态重构,在避免专用硬件编码器较高的资源开销情况下利用软件重构的方法实现熵编码过程,保证编码准确性的同时提高了视频数据流编码效率,为此类运算密集型算法的硬件实现提供了更为灵活高效的参考途径。仿真结果表明,映射实现的编码过程中每个编码周期完成5个二进制序列的编码,平均编码效率达到384.13Mbin/s。基于FPGA的测试结果表明,软件重构方法与专用硬件实现的编码器相比,资源开销降低且编码效率提升5.47%,与同类型可重构视频编码结构相比,编码效率提升7.03%。     

自适应光电混合互连分流结构建模与性能分析

针对片上光电混合互连网络(hybrid optoelect ronic network-on-chip,HONoC)拥 塞控制与自适应能力差、无法实现光电联合仿真等问题,提出一种适用于可重构阵列处理器 的自适应光电混合互连分流结构,在此结构上设计了自适应分流路由算法与一种低损耗无阻 塞的5端口光路由器,并搭建了基于System verilog与Verilog的光电混合互连功能仿真与 性能统计模型。实验结果表明,在边缘节点阻塞的情况下所设计的路由算法避免拥塞能力平 均提升了17.5%,光路由器所需交叉波导与微环谐振器数量大幅减少,平均光路由器级插入 损耗仅为0.522 dB,所设计的光电混合互连性能统计模型具有支持 设计拓扑、结构和路由策 略等功能,并且可以对资源使用、功耗开销、插入损耗等性能进行统计分析。     

可重构阵列处理器光电混合互连原型系统实现

高效视频编码(HEVC)标准在提升编码性能的同时,对系统带宽提出了更高的要求。传统电互连方式存在带宽小和时延大的问题,而光互连的高带宽和低功耗为片上资源数据通信提出了新的解决方案。然而由于工艺水平的限制,集成光器件无法在现场可编程门阵列(FPGA)芯片内部实现。采用片外光器件模拟片上光互连系统可以达到原型验证的目的。文章基于BEE4开发平台在单片上采用电互连方式进行数据通信,在Xilinx V6系列芯片间通过接入4通道小型可插拔+(QSFP+)光模块搭建光通信链路,构建光通信网络,实现了光电混合互连网络原型系统。以分辨率176×144的标准测试序列akiyoqcif176×144.yuv为例进行测试,实验结果表明,以光链路替代片间电通信能够正确实现,且板间传输时间仅为电互连的一半,综合频率为51.327 MHz。     

PTN芯片中IP组播查找电路的设计与实现

网络数据量的急剧增加,带来了带宽的急剧消耗和网络拥挤问题,这些问题对分组传输网络芯片的转发容量、速率、拥塞避免和流量管理等方面提出了更高的要求。为了提高分组传输网络芯片中 IP组播查找电路的工作速率和降低电路设计复杂度,采用流水线结构,并利用 RAM(随机访问存储器)记录查找中间状态信息等技术完成了对 IP 组播查找电路的设计。在Altera系列FPGA(现场可编程门阵列)开发板EP4SGX230KF40C2ES上进行了硬件验证,结果表明,该电路能够完成IP组播查找功能,并稳定工作在200 MHz频率下。     

移动图形处理器的纹理Cache设计

为了提高移动图形处理器中统一架构染色器的效率,减少其与片外存储器间的访问次数,提出了一种4端口纹理高速缓存结构。该结构采用基于Mipamp算法的纹理映射和基于细化层次(Level of Detail,LOD)选择不同单端口Cache的存储方式,提高了纹理Cache的命中率。此外为了提高数据吞吐率,采用4端口并行读取纹素。设计了FIFO缓冲区预取数据,降低访存延迟。利用SV搭建实验平台对纹理图像进行测试,结果表明纹理Cache的平均命中率为92.5%,数据吞吐率接近单端口Cache的4倍。     

面向阵列处理器的分布式共享存储结构设计

为了缓解随处理器核数增多而被激化的“存储墙”问题,提出了局部高速交叉互连、全局片上网络互连的两级混合互连网络结构,设计了支持统一编址方式的数据传送机制.在现场可编程门阵列上实现了2种规模的存储结构,对面积、时序和功耗进行统计.基于SystemC开发了混合仿真平台,仿真结果表明,所提结构具有较高的存储访问带宽和较低的局部数据访问延迟.     

HEVC运动估计中SAD算法的动态可重构实现

高效视频编码（HEVC）标准中引入的不对称分割模式导致运动估计算法中绝对差值和（SAD）运算量成倍增加.为了提高运动估计算法的执行效率,方便用户进行自主选择,设计了同时支持不对称分割模式开启和关闭2种执行模式以及执行模式间自由切换的可重构阵列结构.为了满足用户要求编码速度的同时,最大限度地利用可重构阵列处理器的资源,在阵列结构为16×16个处理元中通过加载16×8、16×4以及16×2个处理元的指令来进行阵列规模的动态重构,采用指令下发的方式将不同的指令发送到对应处理元进行相应配置.实验结果表明,所提出的可重构实现方式在硬件资源占用量接近条件下,相较于流水化实现处理时间减少了约35%,吞吐量提高了约0.4倍.该实现具有较高的执行效率,能够进行执行模式与阵列规模的切换,具有较好的灵活性.     

一种通用片上网络适配器的设计与实现

随着片上网络的结构和方法的提出,迫切需要一种接口电路来实现处理器,计算单元或者IP核与片上网络之间的通信.文中研究了不同时钟域之间进行数据传送的通信协议,详述了一种应用于片上网络的通用网络适配器的设计方法,并在Altera的stratixⅢ系列FPGA开发板上进行了验证.