基于FPGA的CNN加速SoC系统设计

为提高目前硬件运行卷积神经网络(CNN)的速度和能效,针对主流CNN网络的卷积计算设计加速模块并在FPGA上实现用于加速CNN网络的SoC系统。硬件平台采用带有ARM处理器的ZCU102 FPGA开发板,系统采用处理器和加速器的结构进行设计。加速器负责卷积计算,采用分块技术并重组卷积计算循环次序,使片上缓存的数据复用率更高,减少系统与内存之间数据的传输。支持1×1到11×11的卷积核尺寸,硬件支持的激活函数为ReLU和Leaky ReLU。处理器负责控制并处理CNN网络的其它计算,使SoC系统具有通用性和灵活性。实验结果表明,在100 MHz的工作频率下,峰值计算性能可以达到42.13 GFLOPS,相比CPU和其它FPGA计算的性能有一定提升。     

基于可配置处理器的SoC系统级设计方法

论文对一种经过改进的SoC系统级快速设计方法进行了介绍和研究。该设计基于可配置处理器核,在设计早期阶段对SoC系统快速建模,以获得针对具体应用算法的最优性能。同时,利用软硬件协同设计方法,得到硬件结构模型和软件开发平台。实验结果表明,该方法不仅灵活,而且设计周期短,减少了设计工作量。     

基于RISC-V的卷积神经网络专用指令集处理器

针对x86和ARM商用架构CPU因专利、授权导致定制成本过高和灵活性不够的问题,面向物联网领域提出一种基于RISC-V开源指令集的卷积神经网络(CNN)专用指令集处理器.通过自定义拓展指令调用加速器对轻量化CNN中的卷积和池化操作进行加速,提高终端设备能效.在此过程中,配置CNN各层信息控制加速器进行分组运算,以适应不...     

RISC-V架构的开源处理器及SoC研究综述

RISC-V是一种新的指令集架构,发布以来得到了大量关注,在描述了RISC-V的产生背景、基本设计的基础上,简单比较了其与现有的开源指令集架构、商业指令集架构的优劣,然后详细介绍了现有的采用RISC-V架构的开源处理器、开源SoC,并展望了RISC-V的未来发展.     

基于SoC-FPGA的RISC-V处理器软硬件系统级平台

构建软硬件系统级原型平台是处理器设计硅前测试中必不可少的环节.为适应基于开放指令集RISC-V的开源处理器设计需求,简化现有基于FPGA的处理器系统级原型平台构建方法,提出了一套基于SoC-FPGA的处理器敏捷软硬件原型平台,以实现目标软硬件设计的快速部署与系统级原型高效评测.针对上述目标,发掘紧耦合SoC-FPGA器件的潜力,构建了一套RISC-V软核与ARM硬核（SoC侧）之间的信息交互机制.通过共享内存和虚拟核间中断等方法,可使目标RISC-V处理器灵活使用平台丰富的I/O外设资源,并充分利用硬核ARM处理器算力协同运行复杂软件系统.此外,为提升软硬件系统级平台的敏捷性,构建了灵活可配置的云上自动化开发框架.通过对平台上目标RISC-V软核处理器各方面的分析评估,验证了该平台可有效缩短系统级测试的迭代周期,提升RISC-V处理器软硬件原型评测效率.     

开源处理器Rocket的异构SoC原型验证设计

针对异构SoC加速器测试软件硬编码固化到BootRom,致使FPGA原型验证周期长的问题,提出了一种软件和硬件分离的原型验证方法.该验证方法仅需要增加指令存储ITCM和UART、SPI基本外设,即可实现对协处理器、独立加速器的FPGA平台验证工作.基于开源处理器Rocket core和开源项 目Si-Five Bloc...     

基于FPGA的多核可扩展卷积加速器设计

为解决卷积神经网络计算效率和能效较低的问题,提出并设计一种使用定点数据作为输入的卷积加速器.加速器支持动态量化的8 bits定点数据的卷积计算,通过采用分块计算的策略和改进的循环计算顺序,有效提高计算效率;支持激活、批标准化(BN)、池化和全连接等计算;基于软硬件协同设计的思路,设计包含卷积加速器和ARM处理器在内的S...     

SoC设计中基于Linux协同验证的研究和实现

对于在SoC设计中大量定制的硬件,需要定制的软件来提供专用的诊断、初始化以及设备驱动程序。因此在整个SoC设计流程中最为关键步骤即硬件与软件整合阶段,提出了基于Linux嵌入式操作系统的验证问题,目的是验证在整个系统环境下硬件的可操作性和软硬件之间的交互问题。     

一种低开销高性能的RISC-V处理器设计

随着无线连接、大数据、人工智能技术的快速发展,嵌入式领域的设备开始具备更多的感知能力和更灵活的网络连接功能。从应用的发展趋势来看,这些设备不仅需要超低功耗,而且需要具备更强大的数据采集和处理能力。基于性能和功耗的折中要求,本文提出了一种低开销、高性能、顺序取指、乱序执行的RISC-V处理器架构。首先详细介绍了各级流水线之间的结构和内在逻辑关系,最后对处理器的性能做了跑分测试。     

基于IP核的PSTN短消息终端SoC软硬件协同设计

介绍在基于微控制器IP核的PSTN短消息终端SoC设计当中,如何合理划分硬件和软件的功能;从对微控制器IP核的配置与扩展、片上外设在SFR总线上的映射、存储空间的划分与映射等三个方面,详细讲述SoC的软硬件协同设计。     

SoC FPGA的视觉算法加速系统设计

提出一种基于Altera SoC FPGA进行硬件加速的方案,该方案为运行在ARM端Linux系统的视觉算法利用FPGA进行加速提供传输通道.首先把ARM端的图像数据传输到FPGA部分的SDRAM中,接着控制FPGA相关IP核读取SDRAM中的数据,然后视觉算法IP核接收图像数据并对其进行加速处理,最后把处理后的图像数据通过特定的IP核传回Linux系统.实验验证了该方案的可行性、可靠性和加速性能.     

基于软核处理器的以太网应用设计

利用片上可编程系统的灵活性,以32位软核处理器为核心,配合网络协议控制芯片,设计了基于嵌入式软核处理器的以太网通信接口。给出了目标板与上位机通信的流程图以及收发数据的通信过程并使用软硬件结合的办法对设计进行了优化。与传统的嵌入式设计方案相比,该方案的整体性更好,具有很强的扩展性和灵活性,降低了软件的开发成本以及硬件实现风险。     

一种SoC架构的AVS硬件解码器设计方案

根据AVS音视频解码标准提出的算法设计了一种SoC架构的AVS解码芯片设计方案。该方案能够有效的减小纯硬件实现AVS硬件解码器的复杂度。采用软硬件协同设计的思想,降低解码器设计的难度,同时提高解码的灵活性。     

基于RISC-V处理器的固件更新系统设计

为简化嵌入式开发人员更新RISC-V处理器固件的操作流程,提出了一种易操作、高效且稳定的固件更新系统设计方法,包括BootROM引导流程设计和在应用中编程(in-application programming,IAP)设计.在BootROM引导流程设计中,通过启动参数再配置的方法,可使此引导流程兼容多种启动模式,如SR...     

一种SoC架构的AVS硬件解码器设计方案

根据AVS音视频解码标准提出的算法设计了一种SoC架构的AVS解码芯片设计方案。该方案能够有效的减小纯硬件实现AVS硬件解码器的复杂度。采用软硬件协同设计的思想,降低解码器设计的难度,同时提高解码的灵活性。     

用于IToF传感器的极低功耗RISC-V专用处理器设计

IToF深度探测技术是当前主流的3D感知实现方案之一,该技术的核心部件是IToF传感芯片。随着当今社会数字化与智能化进程的加快,各科技领域对IToF传感芯片的需求日益提高,然而IToF传感芯片产能的提升引起了由芯片运行所带来的功耗问题。针对IToF传感器设计一款基于第五代精简指令集架构（RISC-V）的极低功耗专用处理器IToF-miniRV。IToF-miniRV包含支持RV32I指令集、RV32M指令集和自定义IToF型指令的处理器,以及用于加速深度计算和光幅度运算的IToF硬件加速器。将IToF-miniRV处理器与蜂鸟E203、PULPissimo这两款开源的基于RISC-V的超低功耗处理器分别部署在Xilinx Zynq-7000芯片上,进行FPGA资源使用情况和运行功耗的对比实验,结果表明,相比蜂鸟E203和PULPissimo,IToF-miniRV处理器的FPGA资源使用率分别减少5.2和10.9个百分点,运行功耗分别下降37.6%和89.7%。