FPGA+可重构技术实现并行计算系统的应用研究
《基于FPGA的多核处理器系统的研究与设计》范文
《基于FPGA的多核处理器系统的研究与设计》篇一一、引言随着科技的快速发展，处理器性能的需求不断提升，传统单核处理器已经难以满足日益增长的计算需求。
因此，多核处理器系统成为了研究的热点。
本文以基于FPGA（现场可编程门阵列）的多核处理器系统为研究对象，对其进行了详细的研究与设计。
二、研究背景及意义FPGA作为一种可编程的硬件设备，具有高度的并行性、灵活性和可定制性，因此被广泛应用于高性能计算、信号处理等领域。
而多核处理器系统则通过集成多个处理器核心，实现了更高的计算性能和更快的处理速度。
将FPGA和多核处理器系统相结合，可以构建出高性能、高灵活性的多核处理器系统，对于提高计算性能、降低功耗、增强系统稳定性等方面具有重要的意义。
三、FPGA多核处理器系统的设计（一）系统架构设计基于FPGA的多核处理器系统主要由多个FPGA芯片组成，每个FPGA芯片上集成了多个处理器核心。
系统采用共享内存的方式，实现了各个处理器核心之间的数据交换和通信。
此外，系统还包含了控制模块、接口模块等部分，以实现系统的整体控制和外部接口的连接。
（二）处理器核心设计处理器核心是FPGA多核处理器系统的核心部分，其设计直接影响到整个系统的性能。
在处理器核心设计中，需要考虑指令集设计、数据通路设计、控制单元设计等方面。
指令集设计需要考虑到指令的兼容性、可扩展性和执行效率；数据通路设计需要考虑到数据的传输速度和带宽；控制单元设计则需要考虑到处理器的控制流程和时序。
（三）系统通信设计系统通信是FPGA多核处理器系统中非常重要的一部分，它涉及到各个处理器核心之间的数据交换和通信。
在系统通信设计中，需要考虑到通信协议的设计、通信接口的选择、通信速度和带宽等方面。
常用的通信协议包括总线协议、消息传递协议等，需要根据具体的应用场景进行选择和设计。
四、系统实现与测试（一）硬件实现在硬件实现阶段，需要根据设计要求选择合适的FPGA芯片和开发工具，完成电路设计和布局布线等工作。
FPGA硬件加速器并行计算优化方案
FPGA硬件加速器并行计算优化方案随着计算机科学和技术的快速发展，对于处理大规模数据的需求也越来越迫切。
传统的中央处理器（CPU）由于其串行执行的特性，已经不能很好地满足高性能计算的需求。
而可编程逻辑门阵列（FPGA）作为一种新型的硬件加速器，具有并行执行的优势，能够显著提高计算性能。
本文将探讨FPGA硬件加速器并行计算优化方案。
首先，我们需要了解什么是FPGA硬件加速器。
FPGA是一种可编程的集成电路，与传统的硬件电路不同，FPGA能够通过重新配置内部的逻辑门和寄存器来实现不同的功能。
因此，FPGA具有灵活性和可重构性的特点，可以根据应用的需求重新调整其结构和功能。
而硬件加速器是一种用于提高计算性能的硬件设备，通过在硬件级别上执行特定的计算任务，加速数据处理过程。
在进行FPGA硬件加速器并行计算优化时，我们可以采取以下几个方面的策略：1. 数据并行化：数据并行化是将计算任务分解为多个独立的子任务，每个子任务并行执行。
在FPGA中，我们可以通过将数据流分割为多个块，并在不同的处理单元上并行计算。
每个处理单元负责一个块的计算，最后再将结果合并。
这种数据并行化的方式能够显著提高计算效率。
2. 流水线化：流水线化是将计算过程划分为多个阶段，并允许每个阶段同时执行不同的指令。
在FPGA中，我们可以将计算过程划分为多个阶段，并将每个阶段分配给不同的资源单元。
每个资源单元负责一个阶段的计算，然后将结果传递给下一个资源单元，直到最后一个阶段完成计算。
这种流水线化的方式能够充分利用并行性，提高计算效率。
3. 数据重用：数据重用是指在计算过程中，尽可能多地利用已经计算过的数据，减少数据的读取和写入操作。
在FPGA 中，我们可以通过设计合适的数据缓存机制，将计算过程中的中间结果暂存起来，供后续的计算使用。
这样可以减少对外部存储器的访问次数，提高计算效率。
4. 并行调度和通信：在FPGA中，有多个资源单元可以并行执行计算任务。
FPGA动态可重构技术原理及实现方法分析
Analysis of the Fundamental and ImplementationMethod about Dynamic R ecofigurable FPGAQIN Xiang2Ju1,2,ZHU Ming2Cheng2,ZH ANG Tai2Yi2,3,WEI Zhong2Yi11.Eletronic&Information Dpt.XI’AN Institute o f Technology and Engineering Science,Xi’an710048,China;2.Collegeo fInformation Engineering o f Shenzhen Univer sity,Shenzhen516080,China;3.Eletronic&Information Dpt.XI’AN Jiaotong Univer sity,Xi’an710049,ChinaAbstract: Dynamic Recon fogurable Field Programmable G ate Array(DR2FPG A)can con figure its partial or total logic res ources at run time,and change its functions on system in high speed.This paper presents s ome studies of DR2 FPG A,including basic architecture,recon figuration fundamental,C AD tools and im plement methods.Application of DR2FPG A is useful for designing high2performance systems,and helps to save hardware res ources.K ey w ords: FPG A;static recon figuration;dynamic recon figuration;total recon figuration;partial recon figuration EEACC: 1265B;1130BFPG A动态可重构技术原理及实现方法分析覃祥菊1,2,朱明程2,张太镒1,3,魏忠义11.西安工程科技学院电子与信息工程系 ,西安 710048;2.深圳大学E DA中心,深圳516080;3.西安交通大学电信学院,西安 710049摘要:FPG A动态重构技术主要是指对于特定结构的FPG A芯片,在一定的控制逻辑的驱动下,对芯片的全部或部分逻辑资源实现在系统的高速的功能变换,从而实现硬件的时分复用,,节省逻辑资源。
fpga技术的作用与意义
fpga技术的作用与意义FPGA技术的作用与意义随着科技的不断发展，FPGA（Field Programmable Gate Array）技术在各个领域中发挥着越来越重要的作用。
FPGA作为一种可编程逻辑器件，具备高度的灵活性和可重构性，使其在电子设计、通信、人工智能等领域中具有广泛的应用前景。
本文将介绍FPGA技术的作用与意义，并探讨其在不同领域中的应用。
FPGA技术在电子设计领域中扮演着重要角色。
传统的电子产品设计通常需要使用专门的芯片来实现特定的功能，而这些芯片往往需要经过长时间的研发和制造过程。
然而，FPGA技术的出现改变了这一现状。
使用FPGA技术，设计人员可以通过编程来实现所需的功能，无需等待芯片的制造和交付时间，大大缩短了产品的开发周期。
此外，FPGA还可以根据需求进行动态的重构，使得产品功能更加灵活和可扩展。
在通信领域中，FPGA技术的应用也非常广泛。
通信系统通常需要处理大量的数据，而FPGA具备高并行性和高性能计算能力，能够满足这些需求。
通过在FPGA上实现各种算法和协议，可以提高通信系统的处理速度和效率。
此外，FPGA还具备低延迟的特点，可以在实时通信系统中实现快速响应和高质量的数据传输。
FPGA技术在人工智能领域的应用也日益增多。
人工智能算法通常需要进行大量的并行计算，而FPGA的并行性能非常出色，能够满足这些需求。
通过在FPGA上实现神经网络和深度学习算法，可以加快人工智能模型的训练和推理速度，提高计算效率。
同时，FPGA还具备较低的功耗，能够在边缘设备上实现高效的机器学习和模式识别。
除了以上几个领域，FPGA技术还在航空航天、医疗、工业控制等领域中发挥着重要作用。
在航空航天领域，FPGA可以用于飞行控制、雷达信号处理等应用，提高系统的可靠性和安全性。
在医疗领域，FPGA可以用于医学图像处理、生物信号分析等应用，帮助医生进行快速准确的诊断。
在工业控制领域，FPGA可以用于实时控制系统、工业自动化等应用，提高生产效率和质量。
基于FPGA的动态可重构技术研究
64电子技术Electronic Technology电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering体功能实现方面，设计人员应立足于不同软件、网页的行业需求对导航栏、返回、信息提示框等方面进行悬浮型或是方框形的提示信息和窗口，并对多种软件图标以及展示界面进行上下级的任务链接，从而使用户能够在短时间内熟悉界面操作并完成交互指令和功能操作。
在对UI 视觉审美交互性进行设计时，主要是对文字、视频以及图标等视觉要素进行设计，并按照上下、垂直、左右以及居中等方式对其进行排班，便于用户检索需求。
另外，为使设备与用户能够更好的进行交互，对于窗口以及图标等方面的线条应尽量选择柔和的，同时，根据空间要素不同对功能区域之间的间隔进行设计，满足用户在软件产品操作过程中的心理需求[6]。
以中界面框架为例，在对其进行UI 界面交互式设计时，在保证交互功能的基础上需要保证各个设计和功能的协调性。
为此，可以采取上下结合的布局方式对UI 界面进行设计。
主要是将导航栏设计在界面最上方，并将关键信息放在导航栏上，从而使用户能够通过触摸、滑动或是点击导航栏进而快速进行信息检索或是浏览，并将网址放在上面，满足用户的功能使用。
在界面下方应设计图标按钮，通过点击和触摸能够直接打开软件，满足用户使用的多种需求。
除此之外，还可以使用导航栏在下放、展示页面在上方的界面布局。
在该布局方式中，主要是将重要信息设计在用户第一眼可以注意到的位置，从而更好的进行信息推送和交互，为此，应将导航栏设计在UI 界面下方。
在该布局下，用户只需要进行交互界面的滑动，或是对导航栏进行滑动、点击，就能够完成功能获取或是浏览等操作。
以微信UI 信息界面为例，最近使用的小程序图标为放置在最上方，而导航栏被设计在最下方，通过下滑，用户能够直接获得最近使用的小程序应用，满足其快速使用需求。
另外，为满足用户的使用需求，便于新用户使用，可以进登陆窗口设计在软件最上层，并使用箭头、文字等元素对用户进行引导，从而完成用户交互操作行为的同时，给予用户良好的使用体验。
可重构逻辑器件的设计与应用研究
可重构逻辑器件的设计与应用研究随着现代电子技术不断发展，人们对于可编程和可重构的逻辑器件的需求不断增加。
可重构逻辑器件是一类可以根据需求进行编程和重配置的器件，具有极高的灵活性和可扩展性，被广泛应用于数字逻辑电路的设计和实现中。
本文将介绍可重构逻辑器件的设计与应用研究，分别从器件结构、设计流程和应用案例等多个方面进行讲述。
一、可重构逻辑器件的结构可重构逻辑器件一般由FPGA（Field Programmable Gate Array）和CPLD （Complex Programmable Logic Device）两个大类构成。
FPGA是一种基于查找表技术实现可重构逻辑的器件，其内部包含多个逻辑单元、输入输出接口和程序存储器等部件，可以实现复杂的数字逻辑运算和数据处理。
CPLD则是一种多可编程逻辑单元构成的可重构逻辑器件，其内部包含多个可编程的逻辑芯片和触发器等部件，综合了FPGA和ASIC（Application Specific Integrated Circuit）的优点。
另外，随着科技的不断进步，新的可重构逻辑器件平台不断涌现，如DINC （Dynamic Invisible Network Computing）、FISA（Flexibly Interconnected Scalable Array）和SCGRA（Stochastic Control Generalized Regular Architecture）等，这些平台均具有高性能、低功耗和可扩展性等优点，被广泛应用于高性能计算、机器学习、嵌入式系统等领域。
二、可重构逻辑器件的设计流程可重构逻辑器件的设计流程可以分为三个主要阶段：硬件描述语言编写、逻辑验证和实现下载。
硬件描述语言编写是可重构逻辑器件设计的关键步骤，主要目的是将设计所需的功能转化为硬件描述语言的形式，如Verilog和VHDL等。
逻辑验证是为了保证设计的正确性和功能实现的准确性，其方法包括仿真和验证板测试等，可以帮助设计人员尽早发现和修复错误。
FPGA的可重构测控系统应用设计
F PG A的可重构测控系统应用设计3■泰山学院 王春玲 刘磊 摘 要可重构器件技术的发展和测控系统结构模式的通用化是实现可重构测控系统的前提。
通过对常规计算机测控系统存在的问题、结构模式和多任务特征以及可重构器件技术发展的分析,提出基于FPGA器件设计可重构测控系统平台的设想,对可重构测控系统设计原则、硬件结构单元设计和软件重构方法进行了分析,并给出应用于雷达信号实时侦测的基于CPCI总线的可重构测控系统硬件设计的实例。
关键词可重构测控系统可重构器件可重构主控制器雷达信号侦测1可重构测控系统的提出测控系统一般是指基于计算机实现数据采集和控制的系统。
测控系统在工业现场控制、家庭数字化管理、通信和网络等方面应用广泛,并不断向低成本、高速、高性能、智能化、开放化方向迈进。
但现代测控系统在设计和应用中仍然面临不少的难题:①设计速度难以适应产品更新换代的快速变化。
一般测控系统的设计都是针对某个特定的任务,从设计到投入使用的周期至少1～2年,甚至长达4～5年。
因此,在设计阶段堪称先进的方案往往在投入使用伊始就已落后了。
②设计方案功能固定,通用性差,难以满足不同层次、不断变化的用户需求。
测控系统设计针对具体用户,配置各异,通用性较差。
如何满足不同用户、不同层次的需要,尤其是多任务用户需要是一大难题。
③虚拟仪器技术的应用使得软件重构成为可能,但是达到还难以达到硬件重构和“即插即用”的效果。
因此,研究一种软硬件可重构、开放化、普适性的测控系统,对于实现测控系统的快速、开放式设计,降低用户使用成本具有很高的应用价值。
本文基于现代测控系统的通用化结构特征和可重构的现场可编程门阵列FPGA技术的发展,提出一种可重构测控系统(Reconfigurable Mo2 nito ring System,RMS)的设计构想,并给出其应用实例。
1.1 测控系统的结构模式和多任务特征随着计算机软硬件技术和测控技术的不断深入融合,现代测控系统在结构上呈现出通用化特征,即“系统前端3泰山学院科研立项重点项目(项目编号622)。
一种基于ARM的FPGA可重构配置方法的实现及应用
存储配置位流的 ｓ Ａ 上电时 ， Ｒ Ｍ， 将存储在专用配置芯片中的配置信息加载到 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ中， 从而实现一定的逻 辑功能， 掉电时片内 Ｓ Ａ 中的配置数据遗失 ， ＲＭ 需要下一次加电时重新加载配置． 这种片内易失存储器存储 配置数据的结构 ， 使得 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ可以在线动态的对其 ｓ Ａ 中的配置数据进行更新 ， ＲＭ 从而实现电路逻辑功能动
被动 串行配置方式的时序 ， 出配置流程 图及 实现的程序代码 ， 给 并通过 实例验证 了该方法的优越 性及 应用前景．
关 键 词 ： 构 配 置 ； Ｐ Ａ； Ｉ Ｃ Ｏ 重 ＦＧ Ａｔ Ｍ； ／ Ｓ—Ｉ Ｉ
中图分类号 ：＇ ４ ， ２ Ｉ Ｐ
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：ｏ ４— ３２ ２ ｏ ） ６一 ｏ ４一 ４ ｌｏ ８ ３ （ｏ ８ ０ ｏ ７ ｏ
第 ６期
的介 绍 ．
4结语文中给出了基于arm的fpga的ps加载配置方案该方法电路结构简单易于实现充分利用arm处理器功能强速度快应用广的特点在系统中可预先包含多个不同功能的配置文件根据现场的需要进行相应的配置实现在线更新fpga功能既节省了开发成本又满足了一些特殊的系统设计要求也充分显示出fpga现场升级灵活运用的设计理念方案的提出对嵌入式数字系统设计具有相当的借鉴意义
．
其 中 Ｍ Ｅ ［ ：］ ｏ ｓ Ｌ １０ ＝ ０时选择 Ａ 模式 ， ｓ Ｌ １Ｏ ０ 时选择 Ｐ ｓ Ｍ Ｅ ［ ： ］＝ １ Ｓ模式 ， 对于某些串行 配置器件 当 Ｍ Ｅ ｓＬ ［ ：］＝ｌ 为快速 Ａ １０ ０时 Ｓ模 式 ， 配置 速度 比 Ｐ Ｓ模式快 一倍 ． ｙｌ ｅＩ系列 Ｆ Ｇ Ｃ ｃ ｎ Ｉ ｏ Ｐ Ａ支持 配 置数据 自解压 ， 将压
一种基于FPGA的可重构计算系统设计
ｌ 引 言
计 算 目标 的 实 现 主 要 有 两 种方 式 ： 其一 是 Ａ Ｉ ＳＣ方法 ， 使 即 用 专用 特 定 的集 成 电 路 ．以 完 全 硬件 的方 式 来 实 现 计 算 任 务 。 这 种方 法 的 主要 特 点 是 为 特 定 计 算 任务 专 门设 计 ． 分 挖 掘 问 充 题 本 身 的并 行 性 ． 用 大 规 模 并 行 电路 进 行 计 算 ． 得 到 很 高 利 可 的 运 算 速 度 及效 率 ． 这 种方 法 的最 大 缺 陷 是 它 几 乎 没 有 任 何 但 灵 活 性 ． 者 说 是 不 可 编 程 的 ． 务 稍 有 变 化就 必 须 修 改 电路 。 或 任
维普资讯
一
种基于 Ｆ ＧＡ 的可重构 计算 系统 设计 Ｐ
吴冬 冬 ２ 杨 晓君 １ 刘新 春 江先 阳 － －
（ 中国科 学院计 算技 术研 究所 ， 京 １０ ８ ） 北 ０ ０ ０ （ 中国科 学院研 究 生院 ， 北京 １０ ３ ） ０ ０ ９
ｄｒ ｃｉ ｎ ｏ ｅ ｏ ｆ ｒｂ ｅ ｃ ｍｐ ｔ ｇ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｏ ｒｂ ｅ ｈ ｔｗｅ ａ ａ ｉ ｇ ｗｉ ｕ ｒｎ ｌ ｒ ｉｃ ｓｅ ｒｅ ｙ ｉ ｔ ｆ ｒ ｃ ｎ ｇ ａ ｌ ｏ ｕ ｉ ｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ ｓ ｍｅ ｐ ｏ ｌｍｓ ｔ ａ ｒ ｆｃ ｎ ｔ ｃ ｒｅ ｔ ａ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｂ ｉｆ ． ｅ ｏ ｉ ｕ ｎ ｅ ｈ ｙ ｅ ｌ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｒ ｃ ｎ ｇ ｒ ｂ ｅ ｃ ｍｐ ｔ ｇ Ｆ ＧＡ， ｎ ｉ ｅ ｒ ｃ ｎ ｇ ｒ ｔ ｎ ｙ ｒ ｓ ｅ ｏ ｕ ａ ｌ ｏ ｕ ｉ ， Ｐ ｉ ｆ ｎ ｏ ｌ ｅ ｏ ｕ ａｉ ｎ ｉ ｆ ｏ
基于FPGA的动态可重构系统设计与实现
基于FPGA的动态可重构系统设计与实现0 引言由于数字逻辑系统功能复杂化的需求，单片系统的芯片正朝着超大规模、高密度的方向发展。
对于一个大规模的数字系统而言，系统规模是基于各种逻辑功能模块的组合。
但是，无论是时序逻辑系统，还是组合逻辑系统，或者组合／时序混合系统，从时间轴上来看，系统中的各个功能模块并不是时刻都在工作，而是根据系统外部的整体要求，轮流或循环地被激活或工作。
并且，随着数字逻辑规模的扩大，在相同速度条件下，在一定的时间区间，其功能模块的平均使用率将下降。
因此，系统设计应该从传统追求大规模、高密度的方向，转向如何提高资源利用率，用有限的资源实现更大规模的逻辑设计上来。
可重构计算技术能够提供硬件的效率和软件的可编程性，它综合了微处理器和ASIC 的特点，在空间维和时间维上均可变。
1 可重构技术概述1．1 可重构的定义可重构就是在电子系统的工作状态下，动态地改变电路的结构。
这主要通过对系统中的可编程逻辑器件进行重新配置或者局部重新配置来完成。
利用可重构技术，能在只增加少量硬件资源的情况下，使系统同时具有软件实现和硬件实现的优点。
1．2 可重构方式的分类按照重构的方式，系统重构可以分为静态系统重构(Static Reconfiguration)和动态系统重构(Dynamic Reconfiguration)。
1．2．1 静态系统重构静态系统重构是指目标系统的逻辑功能静态重载，只能在运行前配置的系统，如图1 所示。
FPGA 功能在外部逻辑的控制下，通过存储于存储器中不同的目标系统数据重新下载，从而实现芯片逻辑功能的改变。
1．2．2 动态系统重构动态系统重构是指能在运行过程中实时配置的可重构系统，如图2 所示。
对于时序变化的数字逻辑系统，其时序逻辑的发生不是通过调用芯片内。
电子工程中的FPGA并行运算方案设计与实现
电子工程中的FPGA并行运算方案设计与实现1. 概述在电子工程领域，使用FPGA（现场可编程门阵列）进行并行运算已成为常见的解决方案。
本文将介绍FPGA并行运算的设计和实现方法，帮助读者更好地理解和应用FPGA技术。
2. FPGA概述FPGA是一种可编程逻辑设备，具有高度灵活性和可重构能力，可用于实现各种数字电路功能。
与ASIC相比，FPGA在设计周期和成本方面具有明显优势。
FPGA通过配置其内部逻辑单元和连线资源，可以实现各种功能电路。
3. 并行计算的优势并行计算是指同时执行多个计算任务，以提高计算效率和性能。
在电子工程中，许多应用需要大量的计算资源才能实现。
使用FPGA进行并行计算可以有效地利用硬件资源，加速计算过程。
4. 并行运算方案的设计思路在设计FPGA并行运算方案时，需要考虑以下几个方面：4.1 任务分解：将整个计算过程划分为多个子任务，使得每个子任务可以并行执行。
任务分解的关键是合理地划分数据依赖关系和任务依赖关系。
4.2 数据通信：在并行计算中，各个子任务之间需要进行数据通信。
可以使用FPGA内部的通信通道，如FIFO （先进先出）缓冲区、共享内存等。
4.3 控制逻辑：设计并行运算方案时，需要为各个子任务设计控制逻辑，以确保各个子任务按正确的顺序和时序进行执行。
4.4 系统优化：为了充分利用FPGA资源，可以采用一些优化策略，如流水线并行、数据重用等。
5. 并行运算方案的实现方法5.1 硬件描述语言（HDL）：HDL是一种用于描述数字电路和FPGA配置的语言，常见的HDL包括Verilog和VHDL。
使用HDL进行FPGA配置可以灵活地描述并行运算的各个子模块和数据通信。
5.2 高层次综合（HLS）：HLS是一种将高级语言（如C/C++）转换为FPGA配置的方法。
通过HLS工具，可以将高级语言代码直接转换为硬件描述语言，简化了FPGA 设计的过程。
5.3 开发工具和平台：针对FPGA并行运算开发，有许多开发工具和平台可供选择，如Xilinx的Vivado和Altera 的Quartus。
基于可重构计算技术的芯片设计与实现
基于可重构计算技术的芯片设计与实现在当今科技发展迅速的时代，计算机科学作为其中最为重要，应用最为普遍的领域之一，更是对人类生产力与社会进步提供了巨大的支撑与推动作用。
而计算机的核心即是芯片，它的性能越强大，就能够承担越为复杂、庞大的数据处理任务，也能够满足用户越来越多样化且不断提高的需求。
而随着人们对于高性能、低功耗、低成本的芯片设计与制造的需求日益增多，基于可重构计算技术（FPGA）的芯片设计和实现正变得越来越受到人们的关注。
一、可重构计算技术（FPGA）基于可重构计算技术（FPGA）是一种灵活性、可编程性和可重构性能强、性价比高的计算机硬件技术，可以在硬件级别实现任何逻辑和算法，并适应各种不同的应用场景。
在FPGA芯片中，横向和纵向的可编程逻辑门可以进行任意配置和编程，从而使FPGA具有与Application-Specific Integrated Circuit（ASIC）相当的灵活性和性能，同时又具有与Field Programmable Gate Array（FPGA）相当的快速和灵活性。
FPGA芯片不仅在处理器中拥有强大的性能，同时还支持各种各样的接口和标准，如PCI Express、HDMI等，以满足人们对很多不同需求的要求。
二、FPGA芯片在芯片设计和实现中的优势相比于ASIC和FPGA芯片，FPGA具备如下特点：1.灵活性和可编程性：FPGA芯片可以在开始设计之前任意编程和配置，可以方便地执行用户进行编程的各种逻辑和算法，且在布线和进一步调整后也可以进行实时修改。
2.性价比高：相比于ASIC的定制制造，FPGA的制造成本和时间都要少很多，又能够以大批量进行生产，所以FPGA芯片的配备和使用成本会比ASIC芯片低得多。
3.适用性广：FPGA芯片在各种应用场景和操作系统下都兼容性强，具有很多丰富的接口和标准，可以满足各种设备和系统的需要。
因此，FPGA芯片凭借其各项优越的特性，被广泛地用于各种移动设备、数据中心、实时嵌入式计算和控制等方面。
可重构计算技术研究
可重构计算技术研究随着信息技术的飞速发展，计算机的重要性愈发凸显。
而可重构计算技术作为一种新兴的计算模式，在制造业、金融、医疗、物流等领域的应用日益广泛。
本文将从可重构计算技术的定义、特点、发展现状、应用前景等方面展开探讨。
一、可重构计算技术的定义可重构计算技术是指在不改变硬件布局的情况下，可以通过改变硬件内部的连接方式和程序来实现不同的计算任务。
其核心是可编程逻辑器件（FPGA），FPGA可以通过在硬件层面实现数据流图（Dataflow）来完成计算任务。
因此，可重构计算技术被视为一种介于传统微处理器和专用硬件之间的新型计算技术。
二、可重构计算技术的特点1.灵活性可重构计算技术相比于传统的微处理器，其计算任务可以在硬件层面完成，并且在执行过程中可以随时修改其计算程序，从而具有更高的灵活性和适应性。
2.高性能可重构计算技术在硬件层面对数据进行并行计算，因此与传统计算机相比，其能够实现更高效的数据处理和更快的计算速度。
3.可重用性可重构计算技术的硬件部分可以在不同的计算任务中重复使用，从而减少硬件成本。
4.节能可重构计算技术的计算任务在硬件层面完成，相比于传统的微处理器，在运行过程中不需要通过软件层面进行解释和翻译，因此能够实现更低的能源消耗。
三、可重构计算技术的发展现状目前，可重构计算技术已经取得了很大的进展。
首先，FPGA的性能不断提高，同时其集成度越来越高，可重构计算系统也越来越智能化。
其次，可重构计算技术在多媒体处理、加密算法、图像处理、信号处理、大规模并行计算等方面得到了广泛应用。
最后，可重构计算技术发展势头强劲，相信在未来会得到更广泛的应用和推广。
四、可重构计算技术的应用前景随着5G、物联网、人工智能等技术的广泛应用以及数据量的爆炸式增长，可重构计算技术在未来具有广阔的应用前景。
特别是在物联网、智能制造、医疗健康等领域，可重构计算技术将发挥更加重要的作用。
此外，在高性能计算、数字信号处理、军事领域等领域也有广泛的应用。
可编程逻辑器件(FPGA)在集成电路中的应用
可编程逻辑器件（FPGA）在集成电路中的应用可编程逻辑器件（FPGA）是一种集成电路（IC）的设计工具，具有可重构和可编程的特性。
它可以在硬件级别上重新配置其内部逻辑功能，使其能够执行特定任务。
FPGA在集成电路设计和应用中扮演着重要的角色，广泛应用于各个领域。
一、FPGA的基本结构与工作原理FPGA由大量的逻辑门、寄存器、RAM和其他数字电路组成。
其核心部分是可编程逻辑单元（PLU），它由可编程逻辑阵列（CLA）组成，每个逻辑单元都包含一个查找表（LUT），用于实现逻辑功能。
通过配置寄存器和LU以及将内部信号路由到特定的输入/输出引脚，可以将FPGA定制为特定的电路。
FPGA利用静态随机存取存储器（SRAM）来保存逻辑配置信息。
在每次启动时，FPGA首先将配置信息从外部存储器加载到内部SRAM中，然后根据配置信息将内部逻辑电路重新组织和重连。
该重组过程称为配置。
一旦FPGA被配置完成，它就开始执行特定的任务。
二、FPGA的应用领域1. 数字信号处理（DSP）：FPGA在DSP领域中的应用十分广泛。
它可以执行数字滤波、图像处理、高速数据转换和算法加速等任务。
由于其可以快速重配置的特性，FPGA在需要快速响应和高度并行处理的应用中具有很大的优势。
2. 通信与网络：FPGA在通信与网络领域中有着重要的作用。
它可以实现各种通信协议的编解码、信号调制与解调、协议转换以及高速数据处理等功能。
在网络设备中，FPGA通常被用于数据包处理、流量控制和数据路由等任务。
3. 图像与视频处理：FPGA在图像与视频处理中也发挥着重要的作用。
它可以实现图像和视频的实时处理、编解码、图像增强、视频合成和视频传输等功能。
在高清视频和虚拟现实应用中，FPGA被广泛应用于图像和视频数据的高效处理。
4. 工业控制与自动化：FPGA在工业控制与自动化领域中的应用十分广泛。
它可以实现实时数据采集、传感器信号处理、运动控制和逻辑控制等任务。
FPGA典型应用领域以及解决方案
FPGA典型应用领域以及解决方案FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，具有可重构的硬件结构。
它广泛应用于多个领域，包括通信、计算机硬件、图形处理、医疗设备、汽车电子、航空航天等。
以下是一些FPGA典型应用领域和解决方案的例子：1.通信领域：FPGA可用于实现数字信号处理、通信协议转换、高速数据传输等功能。
例如，FPGA可以用于实现调制解调器、解决复杂的物理层处理问题、实现高速数据传输以及网络路由器等。
2.计算机硬件领域：FPGA可以用于实现高性能计算、加密解密、协同处理等功能。
例如，FPGA可以用于实现加速计算、大规模数据并行处理、智能存储管理等。
3.图形处理领域：FPGA可以用于实现图像和视频处理、计算机视觉、虚拟现实等功能。
例如，FPGA可以用于实时图像和视频处理、图像压缩、图像识别和机器视觉等。
4.医疗设备领域：FPGA可用于实现医学成像、生物信息处理、生命监护等功能。
例如，FPGA可以用于实现医学成像设备（如CT、MRI等）、生物信息处理（如基因测序、蛋白质折叠等）、生命监护设备（如心电图、血压监测等）等。
5.汽车电子领域：FPGA可以用于实现汽车电子系统、驱动控制、安全监测等功能。
例如，FPGA可以用于实现汽车电子系统（如引擎控制、导航系统等）、驱动控制（如电机控制、能源管理等）、安全监测（如车辆稳定控制、安全气囊等）等。
6.航空航天领域：FPGA可用于实现飞行控制、数据处理、通信传输等功能。
例如，FPGA可以用于实现飞行器控制系统（如导航、姿态控制等）、数据处理（如航空图像处理、遥感图像处理等）、通信传输（如卫星通信、飞机联网等）等。
针对这些典型应用领域，FPGA的解决方案通常包括以下几个方面：1. 硬件设计：根据应用需求，设计和优化FPGA的硬件电路结构。
这包括选择适当的FPGA型号、使用硬件描述语言（如VHDL或Verilog）进行设计、设计各个模块的功能和接口等。
FPGA在高性能计算中的应用探讨
FPGA在高性能计算中的应用探讨一、引言随着信息技术的发展，计算机科学与技术也在不断发展。
在高性能计算领域，FPGA成为越来越多人关注的话题。
本文将探讨FPGA在高性能计算中的应用。
二、FPGA概述FPGA是一种可编程逻辑芯片，可以用于各种应用场景。
它由可编程逻辑单元（LE）和可编程互连资源（PIO）构成，通过编程方式配置FPGA的电路。
由于FPGA的可编程特性，它可以灵活地实现许多不同的功能。
三、高性能计算的应用高性能计算通常用于科学和工程计算，例如气候模拟、机器学习和数据分析等领域。
FPGA在高性能计算中有许多应用。
1.并行计算FPGA可以用于并行计算，通过将计算任务分解为多个任务，并将它们分配到不同的FPGA资源中，可以大大提高计算的效率。
2.加速器在某些情况下，FPGA可以作为特定应用的加速器，通过在FPGA上实现特定的算法，使得计算速度得到了很大提升。
3.复杂计算某些计算任务可能与FPGA的可编程特性高度匹配。
在这种情况下，FPGA可以用于实现非常复杂的计算任务。
4.低功耗应用如果计算任务对功耗有特别的要求，例如物联网（IoT）应用，FPGA也可以用于实现低功耗的计算。
四、FPGA的优越性能与传统的CPU和GPU相比，FPGA具有许多显著的优势。
例如：1.硬件并行性与CPU和GPU不同，FPGA具有硬件并行性。
这意味着它可以同时执行多个任务，从而提高计算效率。
2.功耗效率高由于FPGA的可编程逻辑单元只在需要时才启用，因此其功率消耗比CPU和GPU低得多。
这使得FPGA比CPU和GPU更适合计算功耗有限的应用。
3.可编程性与ASIC不同，FPGA具有可编程性，可以在设计期间进行更改。
这使得使用FPGA比使用ASIC更加灵活。
五、前景展望FPGA的应用前景非常广阔，尤其是在高性能计算领域。
许多新的技术正在开发中，包括新的编程模型和工具，以更好地利用FPGA的性能。
随着人工智能和机器学习等领域的快速发展，FPGA的应用前景将会越来越广泛。
FPGA技术在信号处理中的应用研究
FPGA技术在信号处理中的应用研究随着现代通信技术的快速发展，对信号处理技术的需求越来越大。
传统的软件实现方式难以满足高要求的实时性、低功耗、低延时等要求。
而FPGA（Field Programmable Gate Array）的出现，为信号处理技术的应用带来了革命性的改变。
本文将从FPGA技术的基础和原理入手，探讨FPGA技术在信号处理领域的应用。
一、FPGA技术的基础与原理FPGA是一种可编程逻辑器件。
与通用处理器不同，FPGA的硬件可以随意配置，可以根据实际需要设计各种不同的硬件电路模块，从而适应各种具体的应用场景，并具有高度的可定制性和可重构性。
FPGA设备的逻辑单元是可以自由编程的，即可以通过开发工具来编写指令，将逻辑单元编程成任意所需的逻辑功能。
FPGA的硬件实现方式也是与ASIC（应用特定集成电路）相比较的一个优点。
ASIC的功能相对较为固定，而FPGA可以在设计完成后通过修改硬件的配置，改变其实现的功能模块，从而达到不同的应用需求。
这样就能够更好的解决市场需求、适应产品组合和品质变化等多种方面的需求。
二、FPGA技术在信号处理中的应用由于FPGA具有高速、并行、灵活等特性，在信号处理领域被广泛应用。
1、图像处理图像处理是FPGA的主要应用领域之一。
以数字相机为例，它的基本构成单元是CMOS或CCD传感器。
传感器对图像信息采样、缓存和传输，需要快速处理大量数据。
由于图像处理需要较强的实时性和高低延迟的特点，因此传统的软件处理方式难以满足要求。
而FPGA可编程逻辑器件由于可以以硬件电路的形式实现图像处理算法，因此可以大大加快数据处理速度。
同时，通过实现分组和流水线等技术来增加处理效率，以实现基于FPGA的快速图像处理系统。
2、视频处理和图像处理类似，FPGA技术也被广泛应用于视频处理领域。
视频处理系统需要快速地对大量数据进行处理和分析，以保证实时性和准确性。
由于视频处理算法的计算密集型、数据带宽要求高等特点，传统的处理器难以满足实时性需求。
fpga并行处理算法
fpga并行处理算法
FPGA并行处理算法是一种在FPGA芯片上实现的高性能算法，利用FPGA芯片上的可编程逻辑实现算法的并行化执行，能够达到比传统CPU等处理器更高的计算性能和数据处理速度。
FPGA芯片因其具有可编程性和可重构性，可以在运行时动态调整硬件电路，使其适应不同的算法，并利用硬件并行技术实现更高效的数据处理和计算。
另外，与传统的CPU等处理器相比，FPGA芯片能够实现数据密集型应用程序的高吞吐量数据流处理，有效缩短算法执行时间。
在FPGA并行处理算法的实现中，一些常见的算法包括矩阵乘法、卷积神经网络和深度学习等。
这些算法都具有高计算复杂度和数据处理量。
矩阵乘法是一种广泛应用于科学计算、数值分析和数据处理等领域的计算方法，实现矩阵乘法的并行处理基于分块和分治的原则，通过将计算分配到多个处理器中实现并行化计算。
卷积神经网络是一种广泛应用于图像、语音和自然语言处理等领域的深度学习算法，其主要特点是具有多层结构和大量的卷积运算，实现
卷积神经网络的并行处理基于分层和分组的原则，通过将卷积操作在多个处理器间分配实现并行化计算。
深度学习是一种广泛应用于图像、语音和自然语言处理等领域的复杂计算模型，其主要特点是具有多层结构和大量的权重计算，实现深度学习的并行处理基于流水线和数据流的原则，通过将数据在多个处理器间流动实现并行化计算。
总之，FPGA并行处理算法是一种高性能、高效率的计算模型，通过利用FPGA芯片的可编程性和可重构性实现算法的并行化执行，能够为科学计算、数据处理和深度学习等领域带来更高的计算性能和数据处理速度。
FPGA在计算机视觉中的应用研究
FPGA在计算机视觉中的应用研究随着计算机技术的不断发展和进步，计算机视觉技术也日趋成熟。
计算机视觉技术可以使计算机像人类一样看、理解、辨认和处理图像信息，从而在许多领域发挥重要的作用。
然而，计算机视觉技术的发展在一定程度上受限于计算机硬件的性能，特别是在实时处理大量图像数据时，计算机的性能往往难以满足需求。
因此，近年来，研究人员开始探索使用FPGA在计算机视觉中进行图像处理和算法加速的可能性，以提高计算机处理图像的效率和速度。
本文将深入探讨FPGA在计算机视觉中的应用研究，并对其未来发展进行展望。
一、 FPGA的概述FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门数组）作为一种可编程逻辑芯片，其特点是具有高度的可重构性和高度的并行性。
FPGA可以通过在芯片中编写逻辑电路来实现特定的功能，而相比CPU或GPU，FPGA在实现某些特定功能时可以更为高效。
因此，FPGA在计算机视觉中的应用具有广阔的前景。
二、 FPGA在计算机视觉中的应用1. 图像处理在计算机视觉中，图像处理是不可避免的一个环节，而在图像处理中，一些计算量大的操作，如卷积、滤波等，都需要大量的计算资源。
同时，随着图像数据的不断增长，对处理速度的要求也越来越高。
FPGA在这方面可以发挥重要的作用。
通过在FPGA上实现图像处理的算法，可以充分发挥FPGA高度的并行性和可重构性，从而提高图像处理的速度和效率。
2. 物体检测与识别物体检测与识别是计算机视觉中的另一个重要环节。
由于图像中物体的种类、大小、形状和数量等因素的差异，对物体检测与识别的算法要求很高，此时需要更快速、更高效的处理器来支撑。
利用FPGA进行物体检测和识别的算法加速，可以极大地提高计算机处理图像的速度和精度，从而进一步推动计算机视觉应用的发展。
3. 智能监控在智能监控系统中，有大量的视频和图像数据需要不断地处理和分析。
此外，智能监控系统还需要进行实时检测、报警等功能。
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ＦＰＧＡ可重构技术实现并行计算系统的应用研究
李丽萍１吴明宇２刘海龙，孙开锋３ （１．哈尔滨师范大学黑龙江哈尔滨１５００８０； ２．吉林大学吉林长春１３００２５；３．哈尔滨工业大学黑龙江哈尔滨１５０００１）
【摘要】随着大规模可缡程器件ＦＰＧＡ复杂度的增加。设计者可以根据不同的应用需求，以ＦＰＧＡ作为可重构硬件，设计和构造面向采种 算法的具有专用硬件的高速和软件编程灵活性能的可重构计算系统。在现代大规模逻辑设备的越来越强的能力支持下，各种可重构计算系统 的研究。使得构造有关新的计算机体系结构的某些“概念验证”成为现实。介绍ＦＰＧＡ可重构硬件器件特点、可重构计算系统的概念，可重构计 算系统的设计方法及其在实时三维立体视觉系统中高速并行计算上的应用。 【关键词】ＦＰＧＡ可重枸逻辑；可重构技术；并行处理；立体匹配
ｐｅｔａｆｌｏｐ）离。
户Ｉ／Ｏ
Ｂｌｏｃｋ
１２００个．支持的／ｄＯ标准超过４０个，内嵌高达５Ｍｂ容量的
ＲＡＭ．以及嵌入式ＰｏｗｅｒＰＣ＠处理器和用于ＤｓＰ的嵌入式乘法 器，并具有时钟管理能力１３］。 Ａｌｔｅｒａ公司的Ｓｔｒａｔｉｘ ＩＶ ＦＰＧＡ具有６８０Ｋ逻辑单元（Ｕ：）、２２．４Ｍｂｉｔｓ 嵌入式存储器和１，３６０个１８ｘ１８乘法器。具有８．ＳＧｂｐｓ的４８个高速牧 发器。以及１，０６７ Ｍｂｐｓ（５３３ ＭＨｚ）ＤＤＲ３存储器接口闱。 ＦＰＧＡ的强大功能使得实现片上系统成为现实．其内嵌ＣＰＵ或 ＤＳＰ内核可以作为片上可编程系统（ｓｏｐｃ）的硬件平台，以及完成某些 实时系统所需婴的高速运算。
１．引言 自１９４６年世界第一台电子计算机问世以来，计算机技术的进步 推动了计算机的发展和广泛的应用。计算机发展的主要标志是在体系 结构上不断取得新的进展。在集成电路技术的新进展和计算机设计技 术的新思想驱动下，几乎每二十年左右计算机体系结构就有一次较大 进展。早期的体系结构以Ｖｏｎ Ｎｅｕｍａｎｎ机的控制驱动方式。顺序地执 行指令。典型机器代表为ＥＤＶＡＣ．以及ＵＮＩＶＡＣ系列．主要思想是程 序存储和程序控制。５０年代末，由于电子技术的重大进展。以晶体管 代替电子管的重大变革，使计算机技术得到了飞跃的发展，其性能出 现了数十倍至几百倍的提高。体系结构以流水线技术和指令重叠技术 及以并行技术为特征，典型机器代表有Ｃｒａｙ一１、ＩＢＭ Ｓ／３６０、以及 ＩＬＬＩＡＣ等ＩＩＩ。现代高性能计算机体系结构以超标量技术和高度并行技 术为主，十几万亿玖每秒运算速度的巨型机已有商品。全球速度最快 的超级计算机的性能可能会达到每秒１千万亿次浮点运算（１
——逻辑块。通常由少量简单阵列、多路复用器和触发器组成，具
备存储、找找表以及加法器中的快速进位逻辑功能。典型的有）（ｉｌｉｎｘ 的可重配置逻辑块（Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ １０９ｌｅ Ｂｌｏｃｋｓ）。
——ＦＰＧＡ的布线资源。可以将逻辑块的引脚通过连接块中的连
接开关和线段连接，线段长度由所跨越的逻辑块个数决定。
圈１ ｘＳｍｔ
Ｓｐａｒｔａｎ－ＩＩ芯片内郊结构
１８
万方数据
２００８年第３５期
其中的ＣＬＢｓ，ＶＯ块、ＲＡＭ块和可编程连线是Ｓｐａｒｔａｎ—ＩＩ的主要组 成部分，并且由可编程连线将各个组成部分有机的连接在一起。使用 时通过连接线编程以实现各种模块的设计。在ｓｐａｒｔａｎ—ＩＩ中，每个ＣＬＢ 包括２个Ｓｌｉｃｅｓ，每个ｓｌｉｃｅｓ包括两个ＬＵ｜Ｉ’，两个触发器和相关逻辑。 Ｓｌｉｃｅｓ是Ｓｐａｒｔａｎ ＩＩ实现各种逻辑的最基本结构。 Ｖｉｒｔｅｘ系列内部主要由两个部分构成：可编程逻辑块（ＣＬＢ）和输入 输出块ＯｏＢ）．Ｖｉｒｔｅｘ系列的ＣＬＢ的基本组成是ＬＣ（１０９ｌｃ ｃｅｌｌ）。一个Ｌｃ 包含了一个４输入的查找表（４－ＬＵＴ）、进位逻辑和输出存储器。 Ｘｉｌｉｎｘ ６２００ Ｉ；＇ＰＧＡＸＣ ６２００系列的ＦＰＧＡ是ⅪＵＮＸ公司为了适 应可重构计算而推出的一个ＦＰＧＡ系列，具有动态的可重构能力．可 以通过ＣＰＵ的并口进行高速重构。更重要的是它具有部分重构能力。 这在可重构计算中是一个很重要的特性，所以被国外的许多研究人员 用来构造可重构计算系统。６２００内部的基本构造单位是ｃｅｌｌ，每个ｃｅｌｌ 叮以配置成一个Ｄ型的触发器和一定的逻辑功能．也可以配置成不含 触发器的纯组合型电路。 ＡＩｔｅｒａ公司典型的产品ＦＬＥＸ／ＡＣＥＸ结构与其它产品类似。主要 由ＬＡＢ（Ｌ０６ｃ Ａｒｒａｙ Ｂｌｏｃｋ），Ｉ／０块，ＲＡＭ块和可编程行，列连线组成。 ＬＡＢ包括８个逻辑单元（Ｉ点），每个ＬＥ包括一个ＬＵｌ＇，一个触发器和相 关逻辑。逻辑单元ＬＥ（Ｌｏｇｉｃ Ｅｌｅｍｅｎｔ或称ＬＣ：Ｌｏｇｉｃ Ｃｅｌｌ）是ＦＬＥＸ／ＡＣＥＸ 结构中的最小单元，可构成各种逻辑结构。ＬＥ中的ＬＵＴ是４输入ｌ输 出的查找表逻辑，还有与相邻单元的快速进位链和后续的一个可编程 的触发器。呵编程触发器可没置成常用的各种触发器类型。ＬＥ中的进 ．位链用来支持高速讣数器和加法器，通过级联．可以实现多输入函数， 延时小。除此之外，ＦＬＥＸ／ＡＣＥＸ还用快速通道（Ｆ∞ｔ Ｔｒａｃｋ）来互连实现 ＬＥ和器件ＹＯ引脚之间的连接；Ｉ／Ｏ引脚由一些Ｉ／Ｏ单元００Ｅ）驱动。 ＩＯＥ可以配置成输入、输出或双向口。嵌入式阵列块ＥＡＢ（Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ａｒｒａｙ Ｂｌｏｃｋ）是在输入、输出口上带有寄存器的ＲＡＭ块．是由一系列 的嵌入式ＲＡＭ单元构成。当要文现有关存储器功能时。每个ＥＡＢ提 供２０４８个位，每一个ｌＡＢ是一个独立的结构，它具有共同的输入、互 连与控制信号；ＥＡＢ可以非常方便地实现一磐规模不太大的ＲＡＭ、 ＲＯＭ、ＦＩＦＯ或双口ＲＡＭ等功能块的构造。而当ＥＡＢ用来实现一些常 用逻辑电路如计数器、乘法器、微控制器等复杂逻辑时．每个ＥＡＢ ｌ叮 以贡献１００到６００个等效门。Βιβλιοθήκη ２．１．ｆ砌、基本逻辑结构
ＦＰＧＡ采用逻辑块结构，每个逻辑块周围足布线轨道，∞单元围
绕在ＦＰＧＡ的四周。每个可编程逻辑块完成一定的数字功能，可编程 布线又将这些逻辑块的输入和输出端口相连来形成更大功能的电路。 ＦＰＧＡ结构中可编程资源有ｉ类髑，即可编程逻辑功能块，可编程Ｉ／Ｏ 块和可编程互连网络。使用最多的是基于静态ＲＡＭ（ＳｈａＭ）的ＦＰＧＡ 可编程方式。即通过阵列中的ＳＲＡＭ单元对ＦＰＧＡ进行编程来控制传 输门、多路选捧器和三态缓冲器，把可编程布线和逻辑块配置成所需 要的形式。大多数的Ｘｉｌｉｎｘ ＦＰＧＡ州ｔｅｒａ器件、Ａｃｔｅｌ ＦＰＧＡ，Ｌｕｃｅｎｔ技术 ｎ℃Ａ和Ｖａｎｔｉｓ ＶＦＩ ＦＰＧＡ都是基于ＳＲＡＭ的。 不同厂家生产的ＦＰＧＡ在可编程逻辑块的规模、内部互连线的结 构和采用的可编程元件上存在较大的差异，因而实现逻辑功能的能力 也不同。但典型的功能部件有：
从计算机体系结构的发展经历看。计算机性能的提高主要与计算 机设计技术的革新和集成电路工艺技术的进展两个因素有关。但从 ８０年代中期开始，汁算机性能的提高不再仅仅依赖工艺技术的驱动， 各种新的设计思想和理念已经成为影响处理器性能的主导因素。高性 能的通用计算机在许多应用中取得了较大的成功，但由于实际应用中 任务的多样性和复杂性，通用计算机只能在某些应用中才能充分发挥 效能，而绝大多数应用中不能发挥高效处理，计算机系统的资源利崩 率受到限制。尤其是在某些需要高性能并行处理的领域，传统的并行 处理技术受某些因索影响并不能达到其预先设计时的目标。 实时信息处理需要系统设计中安排多个处理单元进行并行处理。 传统的并行处理主要是基于多处理器系统的软件方法和基于专用集 成电路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ＂ＡＳＩＣ）技术的实现方法。 由于软件实现的系统实时性差，因此，大多数情况下，作为实时系统的 信息处理，都采用第二种方法实现。但ＡＳＩＣ专用电路处理方法存在一 个致命的缺点。就足电路一旦设计完成．只能用于某种特定的算法。不 具备灵活性，没有自适应能力，并且每一个任务都需要单独设计一个 专用的电路，导致系统的规模越来越大，利用率也不高。能否将通用计 算机的灵活性与专用硬件的速度结合在一起构造一个联合体。以达到 尽可能快地执行多种计算任务。这是系统设计人员面临的一项挑战。 包含数百万门电路的大规模可编程器件的出现。意味着从研究观 点出发，满足上述问题需要的联合体系统能被设计并且能够得以实 现，这种联合体就是基于ＦｆＫ；Ａ的可重构计算系统（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）。这种系统一改传统基于指令流计算的特点。作为一种新 型时空域上的计算方式，在灵活性和高性能方面作到了比较好的权 衡，填补了传统指令集处理器和专用ＡＳＩＣ模式之间的空白，重要数据 计算全部在硬件上完成。
——１０Ｂ接口模块。主要由可编程延时、可编程输出缓冲器、可编
程输入缓冲器等组成，提供ＦＰＧＡ内部逻辑与外部封装引出端之间的 接口。在现代器件中，Ｉ／Ｏ缓冲器支持各种电器议定而无需使用特殊接 口缓冲器。
其它还有Ｘｉｌｉｎｘ韵§ｐ８姗系列及Ｖｉｒｔｅｘ系列产品中，包含有丰
ＲＡＭ资源。可用于内部大量数据存储。
Ｘｉｌｉｎｘ
ＸＣ２Ｖ８０００单一芯片上实现。并对窗口形状、大小、ＦＰＧＡ资源使 用等进行了模拟仿真实验。实验表明：在擎片ＦＰＧＡ上实现ＳＡＤ相关 匹配算法时，以９ｘ９的正方形窗口为最佳形状窗口，所用资源为最低 成本。处理一幅２７０ｘ２７０的图像时间为４３ｎｓ。 ５．结论 ＦＰＧＡ技术的发展．为可重构技术的实现提供了硬件支持，本文所 介绍的基于ＦＰＧＡ实现的立体视觉系统ＳＡＤ匹配算法是ＦＰＧＡ基本 逻辑实现任务的扩展，但其功能远远超过数字逻辑实现本身。虽然有 些具体问题的处理不符合文中所涉及的实用系统的特征，只能采用通 用处理器进行有效处理，但相当多的领域中，存在大量的适合采用可 重构系统进行处理的问题。可重构技术这一灵活忭强、实用的新兴技 术带来了通用处理技术的一场革命，可重构系统总是与通用处理器的
须动态跟踪图像数据予以及时处理，在系统末端恢复三维立体信息。 本文所设计的基于ｎ犯Ａ的立体视觉系统中实现ＳＡＤ（Ｓｕｍ
Ａｂｓｏｌｕｔｅ
ｏｆ
Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ）匹配算法的电路是一个典型的流水处理的可重构 处理系统。其功能是实现ＳＡＤ相关算法中像素匹配成本函数的汁算。 考虑到由两个相同的相机在周围场景中采集到两个二维图像对，在左 图像中，以重点像素为中心创建一个矩型或正方型窗口，在右图像中 也在相应位置建立同样窗口。在极线约束条件下，以该窗口为参考窗 口。沿外极线方向移动。在每次以一个像素为单位的移动过程中，计算 左右图像中窗口各点像索点灰度差的绝对值和，并找出极线上所有对 比窗口中像素点灰度差的绝对值和的最小值，记下该点像素坐标。这 个点就是左图像重点像素在右图像中的对应点。系统由窗口像素存 储、计算差值、求和、寻找和的最小值、记录坐标点等功能段组成。整个 流水线最有特点的是存储功能段结构，用ＦＰＧＡ内部的Ｂｌｏｃｋ ＲＡＭ存 放“不活跃”的像素，用具有移位功能的寄存器存放“活跃”的正在计算 的窗口像素，这种动态分配ＦＰＧＡ内部资源使用是一个创新。而汁算 差值功能段的特点是全部并行计算，以一个参考窗口的全部像索点与 极线上的每一个窗口像素点灰度差值的计算是同时进行的，与采用资 源重复的并行处理机功能相同。但规模小、价格低廉、使用方便、灵活 性强，也不需要操作系统、软件、高级语言等方面的开销。系统在