基于MPSOC和HLS的图像处理算法验证系统研究

图像处理算法的动态验证是图像处理算法开发过程中的关键.为了提高验证时效性,基于MPSOC和HLS设计了一种图像处理算法动态实时验证系统,利用HLS技术高效完成图像处理算法的硬件实现以实现图像处理算法硬件加速,同时基于LVDS设计了板间图像传输接口,通过FPGA级联为后续实现大型复杂图像处理算法的验证提供了充足的扩展空间.测试结果表明该图像处理算法验证系统可以较好支持图像算法验证,并对图像处理算法有良好的硬件加速效果,同时验证了LVDS板间传输接口满足后续验证系统扩展的带宽要求.

基于ZYNQ MPSOC的以太网PHY芯片功能测试方法

随着以太网技术和集成电路技术的发展,以太网物理层(Physical Layer,PHY)芯片的速率和性能都得到了极大提升,电路复杂度更是几何级增长,以至于常规的自动测试设备(Automatic Test Equipment,ATE)测试很难充分验证其功能,所以亟需开展相应测试方法研究。提出了一种高效的基于ZYNQ MPSOC的以太网PHY芯片功能测试方法。该方法以ZYNQ MPSOC为核心,设计了一种直达应用层面的系统级测试装置,从而减少了与物理层直接交互的行为,有效降低了测试装置及程序开发难度。经试验验证,提出的基于ZYNQ MPSOC的以太网PHY芯片功能测试方法能够用于以太网PHY芯片测试。

基于ZYNQ UltraScale+MPSoC的实时视频图像锐化算法实现

本文通过为ZYNQ UltraScale+MPSoC移植Linux操作系统、交叉编译QT和OpenCV应用程序、外接一个USB摄像头、显示器,搭建了一套实时视频图像锐化处理系统。系统调用V4L2接口采集视频图像信息,然后将视频图像信息从内核空间映射到用户空间,便于应用程序快速读取、处理视频数据。另外通过QT应用程序调用OpenGL指令以驱动GPU采用3×3模板的Laplacian算子对采集到的视频图像进行迭代两次的锐化处理,最终将处理结果在显示器上显示。

基于ZYNQ Ultrascale+MPSOC的通用处理模块关键技术研究

针对目前普通处理器无法满足应用场景需求,且功耗较大,元器件价格昂贵等问题,提出了基于ZYNQ Ultrascale+MPSOC芯片的通用处理模块。首先,ZYNQ Ultrascale+MPSOC芯片仅使用一片芯片实现处理器和FPGA的功能需求,在减少芯片数量降低成本的同时有效降低模块功耗。然后,提出电源双余度设计,能够选择正常工作的电源作为输入端,同时加入抑制过压设计,有效防止电压过大,造成模块损坏。同时,采用基于DDR4的内存优化方式,有效提高通用处理模块的处理速度。基于PL端设计端系统,实现多个模块之间的通信。通过测试表明,该文的设计能够实现通用处理模块的关键功能,且稳定,可靠。

CPU-GPU MPSoC中使用寿命驱动的OpenCL应用调度方法

近年来,集成CPU和GPU的多处理器片上系统(multiprocessor system-on-chips,MPSoC),凭借兼顾GPU核心的并行计算能力和CPU核心的通用计算能力,已经广泛应用于工业控制、汽车电子、智慧医疗等领域.为了充分发挥CPU-GPU MPSoC的性能,开放计算语言(open computing language,OpenCL)逐渐成为一种主流的应用程序编写标准.然而,在将OpenCL应用部署到CPU-GPU MPSoC的过程中,现有研究工作大多忽略了对芯片温度和使用寿命的管理,导致处理器核心在执行应用时超过了峰值温度,甚至永久性故障的提前发生,无法保证OpenCL应用的长久稳定运行.为了弥补上述缺点,提出了一种包含静态和动态应用调度技术的方法.静态应用调度技术是基于改进交叉熵策略,将OpenCL应用的特性充分考虑在内,有效提高了OpenCL应用设计点的寻优效率.动态应用调度技术是基于反馈控制策略,克服了传统方案中无法有效应对系统运行时新到应用的缺陷,能够最小化新到应用的平均延迟.实验表明,所提方法可以将应用的平均延迟降低34.58%,同时满足温度、能耗、使用寿命的约束.

面向MPSoC系统多特征的模糊动态调度算法

针对MPSoC系统中的不确定多特征,提出基于模糊集理论的多核系统动态启发式调度算法.利用模糊集描述系统的多种不确定特征,根据模糊隶属度计算确定任务和资源的调度优先级,以提高任务调度的可并发执行能力;综合资源的最早可用时间和利用率,适当选取最接近处理器评估函数均值的处理器,以提高处理器利用率和均衡处理器负载.仿真模拟结果表明,该算法的系统综合性能好于近视算法、节约算法和分组适度算法,更能适用于多样特征的复杂MPSoC系统任务调度.

面向MPSoC多核AMP架构的运行方案研究

本文针对Zynq UltraScale+MPSoC硬件平台,通过分析对比现有的非对称多处理架构方案,提出一种简洁的AMP运行方案,实现1个Cortex-A53核运行Linux系统,其他3个Cortex-A53核运行裸核系统功能。本文从分析多核启动机制入手,实现一种Linux用户态动态加载启动多核方案,设计多核监督模块解决多核异常问题,提高系统应用稳定性。测试结果表明,本方案实现的多核动态加载启动功能运行可靠,能够满足电力二次设备性能、实时控制的应用需求,有效提升系统设计的灵活性,具有较好的工程应用价值。

面向MPSoC性能评估的高速缓存建模技术

分析现有的面向MPSoC性能评估的高速缓存建模技术的缺点,提出用于本机模拟的静态分析和动态标注相结合的缓存建模技术.该技术采用GCC剖析,避免了命中判断时标签比较,扩展了缓存更新的粒度.建立准确的指令和各类型变量在目标平台的地址映射表,提高了仿真速度和评估的准确性.该技术支持对多级缓存的建模,扩展了对多处理器平台的支持.实验结果表明,该技术的评估速度和准确性均优于现有技术.

负载自适应的异构MPSoC任务调度算法研究

在异构MPSoC中,并行任务通过调度算法被分配到各个处理器核上运行,因而任务调度算法的优劣将直接影响异构MPSoC的应用性能。根据处理器核类型和任务间依赖关系,以减小任务间通信开销为目标,提出一种具备负载自适应能力的异构MPSoC任务调度算法。首先,将待调度任务集划分为多个并行任务子集;其次,在考虑处理器核负载的基础上,根据并行任务子集集合、处理器核集合及任务子集在各个核上的执行效率生成赋权二部图;最后,利用赋权二部图最大权匹配方法,将并行任务子集合理地调度到负载适应的处理器核上运行,以降低任务集的平均调度长度,并提高处理器核利用率,从而实现异构MPSoC应用性能的提升。仿真实验在不同的任务总数、任务最大前驱数、核类型、核数量的应用场景下,通过任务集平均调度长度、处理器核利用率两项指标对提出算法进行了定量分析。结果表明,提出算法能有效降低任务集平均调度长度,在实现负载自适应的同时提高异构MPSoC处理器核的利用率。

一种负载感知的异构MPSoC任务调度算法

处理器核的异构性、运行时负载和任务间依赖关系,是影响异构MPSoC任务调度算法性能的关键因素。该文提出了一种负载感知的异构MPSoC任务调度算法,在满足任务间依赖关系的前提下,根据计算开销和通信负载将待调度任务集划分为任务子集。在考虑处理器核负载状态的基础上,通过赋权二部图最大权匹配,将任务子集调度到适载的处理器核上运行,提高了待调度任务集总执行效率。仿真实验结果表明,该算法有效降低了任务集的调度长度,提高了处理器核的利用率。

一种基于MPSoC的网络处理器模型及其应用

从MPSoC系统设计角度出发提出了网络处理器的参数化分析模型,称为NePlat。该模型采用数据流进程网络(DPN,Dataflow Process Network)描述网络应用,构造参数化异构硬件资源,并将应用模型映射到体系结构资源上评价网络处理器性能。

基于Bus-NoC的3D MPSoC的总线仲裁

3D集成芯片与二维传统芯片相比能够提供更好的性能和组装密度,另一方面,在单个芯片上集成多个处理器(MPSoC)以提高芯片的整体性能已成为下一代集成电路设计趋势。MPSoC的总线和片上网络两种通讯架构各有利弊,如何将3D芯片设计和MPSoC的架构相结合,对Bus-NoC混合的3D MPSoC结构进行研究,提出了改善的总线仲裁算法dTDMA+。原有的dTDMA有着很好的带宽利用率但在实时性要求方面欠佳,实验结果表明,dTDMA+在一定程度上满足了系统的强实时要求。

基于MPSOC的航空图像目标检测系统设计

近年来,航空光学成像技术快速发展,机载图像处理系统对于目标检测精度和检测速度的要求越来越高,传统的目标检测算法已经无法满足要求。与此同时,基于深度学习的目标检测算法凭借更优的性能表现得到了学术界的广泛关注。但这类算法往往参数较多,时间复杂度高且移动端移植困难。针对上述问题,本文提出了一种基于Yolo V3算法的MPSOC平台实现方案。利用改进的k均值聚类算法获取新的初始锚框,之后通过改变特征图的大小提高算法对小目标的检测精度,通过基于敏感度的剪枝方法压缩算法大小,最后利用VISDRONE数据集在MPSOC平台进行了验证。实验结果表明改善的Yolo算法的MAP提高了1.3%,误检率也得到了极大降低。算法经过压缩后,检测速度提高了1倍,体积仅为原来的37%,基本满足了对航空图像目标检测的设计要求,同时为深度学习算法在MPSOC中实现提供了可行的解决方案。

基于MPSoC并行调度的矩阵乘法加速算法研究

矩阵乘法是数值分析以及图形图像处理算法的基础,通用的矩阵乘法加速器设计一直是嵌入式系统设计的研究热点。但矩阵乘法由于计算复杂度高,处理效率低,常常成为嵌入式系统运算速度的瓶颈。为了在嵌入式领域更好地使用矩阵乘法,提出了基于MPSoC(MultiProcessor System-on-Chip)的软硬件协同加速的架构。在MPSoC的架构下,一方面,设计了面向硬件约束的矩阵分块方法,从而实现了通用的矩阵乘法加速器系统;另一方面,通过利用MPSoC下的多核架构,提出了相应的任务划分和负载平衡调度算法,提高了并行效率和整体系统加速比。实验结果表明,所提架构及算法实现了通用的矩阵乘法计算,并且通过软硬件协同设计实现的多核并行调度算法与传统单核设计相比在计算效率方面得到了显著的提高。

基于MPSoC的以太网接口设计与实现

研究了以太网在多核系统中的数据通讯,设计了以太网IP核到MPSoC网络资源的硬件接口。阐述了设计中各模块的实现功能和设计方法,通过仿真和FPGA验证结果表明,以太网接口数据通讯具有实时和高吞吐率。实现了多核系统与网络数据的信息传递,硬件设计结构简单、性能稳定可靠。

基于MPSoC的智能摄像头系统设计

针对传统摄像头终端仅能存储监控画面,需花费人力时间成本回看或占用网络资源将视频上传云端计算才能捕捉画面有用信息的现状,文中提出了一种基于MPSoC(Multi-ProcessorSystem onChip)的智能摄像头终端系统。文中系统采用边缘计算技术,使用自主设计的软硬件开发平台,以Xilinx公司的MPSoCZU7EV芯片为处理核心,通过实时处理从MIPI(MobileIndustryProcessorIn⁃terface)图像传感器采集超高清(3840×2160 P)视频数据,实现对视频关心画面的全自动捕捉、快速识别及分析信息的本地显示和云端上传。该系统应用于车载实时视频信息智能识别时,对交通标志的识别处理时间延迟为10 ms。可运用于各种需要实时处理视频数据的智能监控系统。

用于油画鉴别的自适应MPSoC中NoC仿真平台研究

实时光谱图像技术的应用是数据和通信的密集型算法的综合。因为片上系统(SoC)具有较大的灵活性及良好的性能,并可以直接采用IP核,基于片上网络(NoC)的SoC架构是实现这种实时系统最合适的解决方案。针对不同的应用算法,调整基于SoC的NoC架构是较为复杂的工作,因为设计空间探索和实验需要大量的时间。针对这些问题,提出了一种探索和评估SoC架构性能的仿真平台。该仿真平台基于NoC和参数化的评估模块,在FPGA上对SoC的通信结构进行仿真,并将时间性能和模拟结果进行对比。基于该仿真平台的系统评估主要用来考察用于油画鉴别应用的MPSoC的性能。

访存与用户行为敏感的MPSoC应用映射

应用映射是MPSo C设计中的关键问题,针对多应用负载的MPSo C,提出一种访存与用户行为敏感的动态映射策略,该策略根据应用的数据访问特征区分热点与非热点应用,并对用户行为进行建模,根据用户行为模型,进一步在运行时区分关键与非关键应用.对每个进入系统的应用,按照应用的热点及关键性分类动态选择在线映射算法,让热点应用围绕存储器布局,非热点应用尽量避免占用存储器附近的资源;对关键应用,最小化应用内通信开销和链路竞争,对非关键应用,最小化应用间通信开销和链路竞争.实验表明,与单纯考虑访存或用户行为的映射策略相比,本文策略能够降低系统整体的通信能耗.

基于离散粒子群优化的MPSoC节能调度算法

为了降低多核片上系统MPSo C在应用中的能耗,在MPSo C上提出了基于优化离散粒子群算法的节能任务调度算法.通过比例选择算子生成初始种群,以任务在MPSo C上不同内核执行的能耗作为解空间,粒子群在整个解空间上搜索最低能耗调度方案,并在算法中优化了粒子群算法的局部早熟问题,使算法性能进一步提升.仿真实验表明:基于优化离散粒子群算法的节能调度算法与常用的3种调度算法相比,能耗得到了降低,且算法的截止期错失率并没有升高,保证了算法的整体性能.

利用冗余核的MPSoC故障检测方法

在处理器可靠性研究中,为在容错机制部署与容错开销之间达到较好的平衡,提出一个利用冗余核进行检测代码计算任务的多处理器片上系统(MPSoC)故障检测方法。该方法利用多核系统天然的冗余特性,将用于进行故障检测的冗余代码中的大部分计算任务转移到冗余核中进行,检测软件控制流的正确性和数据的一致性,实现MPSoC的故障检测。所提方法无需添加额外硬件,通过指令级的冗余进行故障检测,可满足系统可靠性需求,同时又能减少面积开销,在性能方面和花销上做到有效的权衡。在一个MPSoC上对所提方法进行验证实验,通过故障注入,运行多个基准程序进行有效性验证,并将所提方法与几种具有代表性的软件检测硬件故障方法故障检测能力、面积、内存以及性能花销等方面进行比较,实验结果证明所提方法有效且能够在性能和花销之间取得较好的权衡。