一種基于時(shí)序復(fù)用的fpga資源優(yōu)化方案的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子信息技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種基于時(shí)序復(fù)用的FPGA資源優(yōu)化方案。
【背景技術(shù)】
[0002]一種基于FPGA實(shí)現(xiàn)多通道并行處理方法，即一種用于多路數(shù)據(jù)流的處理方法，以四輸入為例，描述一種用于多路數(shù)據(jù)流的處理，其輸入數(shù)據(jù)時(shí)序以及處理要求如下:
1.輸入數(shù)據(jù)時(shí)序:數(shù)據(jù)流a，b，c和d四路數(shù)據(jù)以一倍時(shí)鐘速率，用clk_lx表示，并行輸入data_l，data_2，data_3和data_4通道并持續(xù)更新，如附圖1所示，即在clk_lx的每個(gè)時(shí)鐘上升沿到達(dá)時(shí)，data_l，data_2，data_3和data_4都有新的輸入到達(dá)；即通道a，b，c和d都有新的輸入到達(dá)；
2.處理要求:在clk_lx的每個(gè)時(shí)鐘上升沿到達(dá)時(shí)，分別以a，b，c和d為參考，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即完成如圖2所示的序列轉(zhuǎn)換，其中每個(gè)單元格中的元素為參與處理的數(shù)據(jù)，且每個(gè)單元格中的第一個(gè)元素表示作為當(dāng)前處理數(shù)據(jù)的參考數(shù)據(jù)；時(shí)刻與clk_lx時(shí)刻涵義相同。
[0003]針對(duì)上文所述的數(shù)據(jù)流時(shí)序和數(shù)據(jù)流處理要求，現(xiàn)有的處理過程主要有兩類:并行處理和串行處理，分別描述如下:
一、串行處理，其處理結(jié)構(gòu)如圖3，包括依次連接的數(shù)據(jù)采集器1，時(shí)隙分配模塊11，處理模塊2，其處理時(shí)序如圖4、5所示，以四倍時(shí)鐘，以4 clk_lx表示，作為一個(gè)大周期；每個(gè)大周期包括四個(gè)等分的相位，即每個(gè)相位為clk_lx，每一倍時(shí)鐘周期為一個(gè)相位。將每一路輸入數(shù)據(jù)按不同的相位取出，復(fù)制四份按時(shí)隙分配到圖4對(duì)應(yīng)的時(shí)序，輸入到四個(gè)相同的數(shù)據(jù)串行連接的處理模塊2，其處理時(shí)序工作狀態(tài)示意圖如圖5所示，第一個(gè)大周期的第一個(gè)相位時(shí)，時(shí)隙分配模塊11從入口讀入al，bl，Cl，dl，將其分配至處理模塊21進(jìn)行以al為參考的數(shù)據(jù)處理；第一個(gè)大周期的第二個(gè)相位時(shí)，時(shí)隙分配模塊從入口讀入a2，b2, c2, d2，將其分配至處理模塊22進(jìn)行以a2為參考的數(shù)據(jù)處理，同時(shí)模塊I進(jìn)行以bl為參考的數(shù)據(jù)處理；第一個(gè)大周期的第三個(gè)相位時(shí)，時(shí)隙分配模塊從入口讀入a3，b3，c3，d3，將其分配至處理模塊23進(jìn)行以a3為參考的處理，同時(shí)模塊I進(jìn)行以Cl為參考的數(shù)據(jù)處理，模塊2進(jìn)行以b2為參考的數(shù)據(jù)處理；第一個(gè)大周期的第四個(gè)相位時(shí)，時(shí)隙分配模塊從入口讀入a4，b4，c4，d4，將其分配至處理模塊24進(jìn)行以a4為參考的處理，同時(shí)模塊I進(jìn)行以dl為參考的數(shù)據(jù)處理，模塊2進(jìn)行以c2為參考的數(shù)據(jù)處理，模塊3進(jìn)行以b3為參考的數(shù)據(jù)處理；第二個(gè)大周期的第一個(gè)相位時(shí)，時(shí)隙分配模塊從入口讀入a5，b5，c5，d5將其分配至處理模塊21進(jìn)行以a5為參考的數(shù)據(jù)處理；后續(xù)按照上述規(guī)律依次進(jìn)行。該方案需要四個(gè)相同的計(jì)算模塊，即計(jì)算資源消耗四份，但其四路處理耗時(shí)為單路處理耗時(shí)的四倍；
二、并行處理:其處理結(jié)構(gòu)如圖6所示，包括依次連接的數(shù)據(jù)采集器I，處理模塊2，將每一路數(shù)據(jù)流復(fù)制為四路數(shù)據(jù)并調(diào)整連接順序，輸入到四個(gè)相同的數(shù)據(jù)并行的處理模塊2，其處理時(shí)序如圖7、8所示，以四輸入為例，每個(gè)clk_lx相位到來，處理模塊21的a，b，c和d四路數(shù)據(jù)讀入al，bl，Cl，dl，以al作為參考進(jìn)行處理；處理模塊22讀入al，bl，cl，dl，以bl作為參考進(jìn)行處理；處理模塊23讀入al，bl，cl，dl，以Cl作為參考進(jìn)行處理；處理模塊24讀入al，bl，cl，dl，以dl作為參考進(jìn)行處理；后續(xù)按此規(guī)律依次進(jìn)行。該方法需要四個(gè)相同的計(jì)算模塊，即計(jì)算資源消耗四份，但其同時(shí)四路處理耗時(shí)與單路處理耗時(shí)相同，因此稱為并行處理，優(yōu)點(diǎn)在于相較串行處理而言縮短了四倍處理時(shí)間，但消耗的計(jì)算資源為四份。
[0004]上述串、并行處理均需要四個(gè)相同的計(jì)算模塊，即計(jì)算資源消耗四份。本申請(qǐng)人針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)之缺失與不便之處，秉持著研究創(chuàng)新、精益求精之精神，利用其專業(yè)眼光和專業(yè)知識(shí)，研究出一種基于時(shí)序復(fù)用的FPGA資源優(yōu)化方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提供一種同時(shí)支持降低上述數(shù)據(jù)處理的處理時(shí)資源消耗和處理延遲的資源優(yōu)化方案，即一種基于時(shí)序復(fù)用的FPGA資源優(yōu)化方案。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案在于，包括數(shù)據(jù)采集器和處理模塊，所述數(shù)據(jù)采集器設(shè)置η路數(shù)據(jù)采集，
其特征是，還包括設(shè)置在數(shù)據(jù)采集器和處理模塊之間的采集與時(shí)隙分配模塊；
步驟1，采集與時(shí)隙分配模塊將η路數(shù)據(jù)合成串行數(shù)據(jù)輸入，生成與η路數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的N個(gè)時(shí)鐘相位，
步驟2，再將此串行數(shù)據(jù)復(fù)制η份，η份串行數(shù)據(jù)按時(shí)隙分配到圖11所示的時(shí)序；
步驟3，采集與時(shí)隙分配模塊將FPGA的處理時(shí)鐘速度由clk_lx提高至clk_nx，并且將連續(xù)的η個(gè)clk_nx相位分別分配至運(yùn)算模塊，進(jìn)行串行或者并行的數(shù)據(jù)處理，其中第一個(gè)clk_nx相位進(jìn)行以al為參考的數(shù)據(jù)處理；第二個(gè)clk_nx相位進(jìn)行以bl為參考的數(shù)據(jù)處理；第三個(gè)clk_nx相位進(jìn)行以Cl為參考的處理，第N個(gè)clk_nx相位進(jìn)行以nl為參考的處理；
步驟4，后續(xù)的η路數(shù)據(jù)，按照步驟3進(jìn)行循環(huán)處理。
[0007]由以上說明可以得到如下結(jié)論:η路處理的資源消耗為一個(gè)計(jì)算模塊，η路處理的處理耗時(shí)與原方案的一路處理耗時(shí)相同。
[0008]本發(fā)明利用FPGA時(shí)序復(fù)用方法使多通道處理過程共用一套電路，通過采集與時(shí)隙分配，將FPGA的處理時(shí)鐘提高四倍，達(dá)到節(jié)省資源的目的。優(yōu)點(diǎn)在于:1、四路處理的資源消耗為一個(gè)計(jì)算模塊；即硬件資源只需要消耗一份，節(jié)約了資源的使用；2、四路處理的處理耗時(shí)與原方案的單路處理耗時(shí)相同，節(jié)省了時(shí)間的占用；3、既能支持并行處理模式，也能支持串行處理模式；4、各時(shí)間節(jié)點(diǎn)完全無縫銜接，不需要占用額外的緩存。
【附圖說明】
[0009]圖1為現(xiàn)有技術(shù)四輸入數(shù)據(jù)通道示意圖。
[0010]圖2為圖1數(shù)據(jù)處理示意圖。
[0011]圖3為串行處理過程結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖4為串彳丁處理時(shí)序圖。
[0013]圖5為串彳丁處理時(shí)序工作狀態(tài)不意圖。
[0014]圖6為并行處理過程結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖7為并行處理時(shí)序圖。
[0016]圖8為并行處理時(shí)序工作狀態(tài)示意圖。
[0017]圖9為本發(fā)明處理過程結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖10為本發(fā)明處理時(shí)序圖。
[0019]圖11為本發(fā)明處理時(shí)序工作狀態(tài)示意圖。
[0020]圖12為時(shí)隙分配原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖9至12對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作進(jìn)一步說明，以四路數(shù)據(jù)采集為例，本發(fā)明包括數(shù)據(jù)采集器I和處理模塊2，所述數(shù)據(jù)采集器I設(shè)置四路數(shù)據(jù)采集，還包括設(shè)置在數(shù)據(jù)采集器I和處理模塊3之間的采集與時(shí)隙分配模塊3 ;
步驟1，采集與時(shí)隙分配模塊3將四路數(shù)據(jù)a，b，c，d合成串行數(shù)據(jù)輸入，參見附圖10至11的“data_in”，生成與四路數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的O至3，共計(jì)四個(gè)時(shí)鐘相位，參見附圖10至11的 “cnt”，
步驟2，再將此串行數(shù)據(jù)復(fù)制四份，四份串行數(shù)據(jù)按時(shí)隙分配到圖11所示的時(shí)序；
步驟3，采集與時(shí)隙分配模塊3將FPGA的處理時(shí)鐘速度由clk_lx提高至clk_nx，并且將連續(xù)的四個(gè)clk_nx相位分別分配至運(yùn)算模塊2，進(jìn)行串行或者并行的數(shù)據(jù)處理，串行處理或并行處理模式的選擇為初始設(shè)定，其處理過程如圖9至12所示，其中第一個(gè)Clk_4x相位進(jìn)行以al為參考的數(shù)據(jù)處理；第二個(gè)clk_4x相位進(jìn)行以bl為參考的數(shù)據(jù)處理；第三個(gè)clk_4x相位進(jìn)行以Cl為參考的處理，第四個(gè)clk_4x相位進(jìn)行以dl為參考的處理；
步驟4，后續(xù)的四路數(shù)據(jù)，按照步驟3進(jìn)行循環(huán)處理。
[0022]特別地，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，例如，三路輸入，或者五路輸入，只需相應(yīng)地改變FPGA的處理時(shí)鐘速度為clk_3x或者clk_5x即可，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
[0023]由以上說明可以得到如下結(jié)論:四路處理的資源消耗為一個(gè)計(jì)算模塊，四路處理的處理耗時(shí)與現(xiàn)有技術(shù)中單路處理耗時(shí)相同，從而節(jié)省了。本發(fā)明的局限性在于，必須應(yīng)用于輸入時(shí)鐘速率相對(duì)較低的場景，即時(shí)鐘速率要求處理時(shí)鐘倍頻以后仍能滿足所選FPGA器件的時(shí)序要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于時(shí)序復(fù)用的FPGA資源優(yōu)化方案，包括數(shù)據(jù)采集器(I)和處理模塊(2)，所述數(shù)據(jù)采集器(I)設(shè)置η路數(shù)據(jù)采集， 其特征是，還包括設(shè)置在數(shù)據(jù)采集器(I)和處理模塊(2)之間的采集與分配模塊(3); 優(yōu)化方案包括: 步驟1，采集與時(shí)隙分配模塊(3)將η路數(shù)據(jù)合成串行數(shù)據(jù)輸入，生成與η路數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的N個(gè)時(shí)鐘相位， 步驟2，再將此串行數(shù)據(jù)復(fù)制η份，η份串行數(shù)據(jù)按時(shí)隙分配時(shí)序； 步驟3，采集與時(shí)隙分配模塊(3)將FPGA的處理時(shí)鐘速度由clk_lx提高至clk_nx，并且將連續(xù)的η個(gè)clk_nx相位分別分配至運(yùn)算模塊(2)，其中第一個(gè)clk_nx相位進(jìn)行以al為參考的數(shù)據(jù)處理；第二個(gè)clk_nx相位進(jìn)行以bl為參考的數(shù)據(jù)處理；第三個(gè)clk_nx相位進(jìn)行以cl為參考的處理，第N個(gè)clk_nx相位進(jìn)行以nl為參考的處理； 步驟4，后續(xù)的η路數(shù)據(jù)，按照步驟3進(jìn)行循環(huán)處理。
【專利摘要】本發(fā)明涉及電子信息技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種基于時(shí)序復(fù)用的FPGA資源優(yōu)化方案，本發(fā)明的技術(shù)方案在于，包括數(shù)據(jù)采集器和處理模塊，所述數(shù)據(jù)采集器設(shè)置n路數(shù)據(jù)采集，還包括設(shè)置在數(shù)據(jù)采集器和處理模塊之間的采集與時(shí)隙分配模塊；本發(fā)明利用FPGA時(shí)序復(fù)用方法使多通道處理過程共用一套電路，通過采集與時(shí)隙分配，將FPGA的處理時(shí)鐘提高四倍，達(dá)到節(jié)省資源的目的。優(yōu)點(diǎn)在于：1、節(jié)約了資源的使用；2、節(jié)省了時(shí)間的占用；3、支持并行、串行處理模式；4、不需要占用額外的緩存。
【IPC分類】G06F9/50
【公開號(hào)】CN105335232
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510601919
【發(fā)明人】吳天笑, 吳月輝
【申請(qǐng)人】湖南中森通信科技有限公司
【公開日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2015年9月21日