有限状态熵编码的VLSI设计与实现

在处理海量数据时,以软件方式实现的Z标准(Zstd)无损压缩算法难以满足特定应用领域对压缩速度的需求.对Zstd进行硬件加速设计是解决这一问题的有效方案,尤其是针对Zstd的有限状态熵编码(finitestateentropy,FSE)的硬件加速.因此,提出一种适用于Zstd的FSE压缩、解压硬件实现架构,采用固定压缩表实现最优的硬件加速步骤;通过增加序列映射的硬件模块来降低存储空间并提高传输速度;采用软硬件协同设计方案,并对硬件实现架构进行7级流水设计.通过VisualStudio与Modelsim的联合验证平台进行验证,实验结果表明在TSMC55 nm的工艺下,系统最高频率可达到750 MHz.与软件实现相比,整体压缩速度提高了9倍以上,整体解压速度提高了约100倍.

基于SoC的非对称数字系统算法设计与实现

文章提出一种在片上系统(System on Chip,SoC)实现高吞吐率的有限状态熵编码(finite state entropy,FSE)算法。通过压缩率、速度、资源消耗、功耗4个方面对所提出的编码器和解码器与典型的硬件哈夫曼编码(Huffman coding,HC)进行性能比较,结果表明,所提出的硬件FSE编码器和解码器具有显著优势。硬件FSE(hFSE)架构实现在SoC的处理系统和可编程逻辑块(programmable logic,PL)上,通过高级可扩展接口(Advanced eXtensible Interface 4,AXI4)总线连接SoC的处理系统和可编程逻辑块。算法测试显示,FSE算法在非均匀数据分布和大数据量情况下,具有更好的压缩率。该文设计的编码器和解码器已在可编程逻辑块上实现,其中包括1个可配置的缓冲模块,将比特流作为单字节或双字节配置输出到8 bit位宽4096深度或16 bit位宽2048深度的块随机访问存储器(block random access memory,BRAM)中。所提出的FSE硬件架构为实时压缩应用提供了高吞吐率、低功耗和低资源消耗的硬件实现。