面向圖像處理的FPGA多核SoC互連技術(shù)研究.pdf

1、隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于空間探測(cè)、衛(wèi)星遙感、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)檢測(cè)、資源勘察以及視覺(jué)測(cè)量等諸多領(lǐng)域，圖像處理技術(shù)的研究越來(lái)越顯現(xiàn)出其重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值。涉及圖像處理(加工、分析)的主要方式為改進(jìn)圖像處理算法和整合硬件實(shí)現(xiàn)手段，但目前圖像的處理算法已趨于成熟，其復(fù)雜程度也較為固定。因此，通過(guò)優(yōu)化處理算法來(lái)提高處理速度和滿足性能指標(biāo)也相對(duì)困難，轉(zhuǎn)變圖像處理算法的實(shí)現(xiàn)手段成了研究熱點(diǎn)。
　　為了適用于便攜式設(shè)備，實(shí)現(xiàn)手

2、段從通用計(jì)算機(jī)向微型處理器轉(zhuǎn)變，但分辨率的不斷提高對(duì)圖像處理系統(tǒng)提出了更高的要求，傳統(tǒng)單核處理器逐漸展現(xiàn)出了許多的瓶頸及局限性，已無(wú)法滿足高分辨率圖像處理的高性能需求，這也恰好促進(jìn)了多核技術(shù)的迅速發(fā)展。多核處理器已成為現(xiàn)代多核技術(shù)發(fā)展研究的主流方向，通過(guò)片內(nèi)集成多個(gè)資源的運(yùn)算核并行處理及協(xié)同工作，最大化實(shí)現(xiàn)了通訊效率和并行計(jì)算，從而提高了系統(tǒng)處理的整體性能。因此，具有多核結(jié)構(gòu)的處理器為圖像的并行處理提供了一種新的研究方向和解決思路，研究

3、多核互連技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)圖像并行協(xié)同處理的關(guān)鍵技術(shù)。
　　本文以SOPC技術(shù)為核心，采用Altera公司的NiosII軟核處理器，結(jié)合FPGA并行性、流水線以及可重構(gòu)配置技術(shù)，詳細(xì)討論了共享總線型、交叉開(kāi)關(guān)型及片上網(wǎng)絡(luò)型多核互連架構(gòu)，深入研究了采用共享存儲(chǔ)器、通用接口核和SG-DMA核等方式的核間通信機(jī)制。以人臉面部檢測(cè)為研究對(duì)象，通過(guò)膚色篩選模型分塊并行處理的方式，在FPGA片內(nèi)利用Qsys系統(tǒng)級(jí)集成開(kāi)發(fā)工具構(gòu)造SoC多核圖像處理

4、器系統(tǒng)內(nèi)核，通過(guò)定制和配置IP核，手動(dòng)連接添加的NiosII軟核、存儲(chǔ)器接口和I/O外設(shè)等組件掛載至Avalon總線上，編譯生成多核處理器的內(nèi)核硬件模塊，并設(shè)計(jì)延時(shí)復(fù)位模塊、鎖相環(huán)模塊，以及建立tcl腳本文件(分配管腳)等，從而完成多核處理器系統(tǒng)的FPGA頂層硬件電路。最后根據(jù)目標(biāo)硬件相匹配的板級(jí)支持包(BSP)文件，采用NiosII SBT for Eclipse集成開(kāi)發(fā)環(huán)境完成多核處理器系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。
　　結(jié)果表明，通過(guò)以C

5、yclone IV GXP4CGX150F31為核心的硬件平臺(tái)，利用Qsys構(gòu)建并實(shí)現(xiàn)了可配置、可裁減及可擴(kuò)充的多核處理器系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)調(diào)試與分析，將結(jié)果輸出到NiosII Console，得到了人臉面部的頂點(diǎn)坐標(biāo)。結(jié)合MATLAB軟件，利用rectangle函數(shù)勾勒出人臉的面部輪廓并顯示處理結(jié)果，說(shuō)明該系統(tǒng)運(yùn)行良好，達(dá)到了人臉定位和識(shí)別的目標(biāo)，成功實(shí)現(xiàn)了FPGA多核SoC處理器系統(tǒng)對(duì)數(shù)字圖像的并行協(xié)同處理。為圖像并行處理系統(tǒng)的多核互連架構(gòu)