面向圖像處理的FPGA多核SoC互連技術研究.pdf

1、隨著數字圖像處理技術廣泛應用于空間探測、衛(wèi)星遙感、航空航天、生物醫(yī)學、工業(yè)檢測、資源勘察以及視覺測量等諸多領域，圖像處理技術的研究越來越顯現出其重要的理論意義與實用價值。涉及圖像處理(加工、分析)的主要方式為改進圖像處理算法和整合硬件實現手段，但目前圖像的處理算法已趨于成熟，其復雜程度也較為固定。因此，通過優(yōu)化處理算法來提高處理速度和滿足性能指標也相對困難，轉變圖像處理算法的實現手段成了研究熱點。
　　為了適用于便攜式設備，實現手

2、段從通用計算機向微型處理器轉變，但分辨率的不斷提高對圖像處理系統(tǒng)提出了更高的要求，傳統(tǒng)單核處理器逐漸展現出了許多的瓶頸及局限性，已無法滿足高分辨率圖像處理的高性能需求，這也恰好促進了多核技術的迅速發(fā)展。多核處理器已成為現代多核技術發(fā)展研究的主流方向，通過片內集成多個資源的運算核并行處理及協同工作，最大化實現了通訊效率和并行計算，從而提高了系統(tǒng)處理的整體性能。因此，具有多核結構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、多核互連技術已成為實現圖像并行協同處理的關鍵技術。
　　本文以SOPC技術為核心，采用Altera公司的NiosII軟核處理器，結合FPGA并行性、流水線以及可重構配置技術，詳細討論了共享總線型、交叉開關型及片上網絡型多核互連架構，深入研究了采用共享存儲器、通用接口核和SG-DMA核等方式的核間通信機制。以人臉面部檢測為研究對象，通過膚色篩選模型分塊并行處理的方式，在FPGA片內利用Qsys系統(tǒng)級集成開發(fā)工具構造SoC多核圖像處理

4、器系統(tǒng)內核，通過定制和配置IP核，手動連接添加的NiosII軟核、存儲器接口和I/O外設等組件掛載至Avalon總線上，編譯生成多核處理器的內核硬件模塊，并設計延時復位模塊、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。最后根據目標硬件相匹配的板級支持包(BSP)文件，采用NiosII SBT for Eclipse集成開發(fā)環(huán)境完成多核處理器系統(tǒng)的軟件設計。
　　結果表明，通過以C

5、yclone IV GXP4CGX150F31為核心的硬件平臺，利用Qsys構建并實現了可配置、可裁減及可擴充的多核處理器系統(tǒng)，經過調試與分析，將結果輸出到NiosII Console，得到了人臉面部的頂點坐標。結合MATLAB軟件，利用rectangle函數勾勒出人臉的面部輪廓并顯示處理結果，說明該系統(tǒng)運行良好，達到了人臉定位和識別的目標，成功實現了FPGA多核SoC處理器系統(tǒng)對數字圖像的并行協同處理。為圖像并行處理系統(tǒng)的多核互連架構