基于多核IP的可重构图像处理技术研究应用.pdf

广东工业大学
硕士学位论文
基于多核IP的可重构图像处理技术研究应用
姓名:刘俊秀
申请学位级别:硕士
专业:信号与信息处理
指导教师:吴黎明
20100601
摘要随着计算机技术的发展,图像处理、机器视觉等技术在自动检测、智能分析等方面得到了更广泛的应用。对于检测系统的体积、功能和灵活性方面,大部分现场提出了新的要求。针对自动检测和材料分析对于嵌入式处理系统体积小与功能强的要求,本文研制了基于软硬件协同设计、嵌入式操作系统和数字图像处理等学科相结合的嵌入式图像显微分析处理系统。本文在介绍了嵌入式系统评价指标及可编程片上系统在图像处理领域发展现状后,论述了复杂算法求解时间与软硬件实现的关系,协同设计原理及可重构技术;分析了采用多处理器、多核进行算法加速求解的方法,它能够大幅度提高系统执行时间。论文在上实现了图像显微分析系统。对比了片内处理器类型,选用砥鳎⑼ü鼶、速缓存技术提高核心处理器工作频率及内存交换速率。以砥魑:诵慕蠪バ酒杓疲构建了异构低常隽似贤馕璞窱说刂贩峙淝榭觥2隽似仙备核与片上总线、总线桥之间的逻辑关系、连接情况,以及自定义核涌诩坝τ昧鞒獭在嵌入式操作系统层面上,阐述了与通用的异同点,分析了片上外围设备硬件信息与嵌入式僮飨低持涞穆呒叵担⑼瓿闪饲度胧⑼枷窠缑妗⑹泳蹩獾囊浦埠褪迪郑隽耸悠到饴胄酒琓配置流程及其嵌入式屡渲每刂破髑氖迪址椒ǎ⒉隽薞自定义核捕获图像数据工作流程及数据封装方法。最后,本文以嵌入式金相显微分析系统为例,针对嵌入式系统中软件运行图形预处理算法速度慢的问题,重点设计多核及多处理器协同工作,运算速度加速高达倍,显著地缩短了求解时间。关键词:;单芯片;软硬件协同设计;快速数据处理摘要
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第一章绪论课题背景及意义在图像处理和机器视觉领域,使用普通及专用机平台的历史较长,一般由光源、光学镜头、駽嗷⑼枷癫杉ā⑼枷翊砣砑鸵惶ㄍ用或嵌入式机构成。通过采用图像处理加速板卡和数字摄像头,由各种板卡和人机交互应用软件组成,可以实现令人满意的实时性和准确性,并且在诸多领域取得了非常深入的研究及成果,。图像处理的发展也依赖于处理器芯片鏒、和际醯挠τ和发展,以及大容量、价格低廉的存储器的出现。基于通用机的图像、视觉处理系统,在实时性、便携性、开发周期和成本等方面,比集成电路和专用处理芯片组成的嵌入式系统都稍逊一筹。现有的嵌入式机器图像处理或视觉系统大多通过砥骱虲图像传感器这种组合架构,在较低成本的基础上实现了图像分析与处理¨、,。这种处理系统具有工作效率高、体积较小、携带方便等优点,多用于实时性要求较高的场合,如生产线监控、无人驾驶汽车等。但是,对于更高分辨率的图像实时处理则需要很高的处理频率。动辄上吉赫兹处理频率的砥饕馕蹲殴ぷ魇焙的功耗和温度相当惊人,这是限制其应用的一个主要原因。另一方面,市场上最大的两家生产商,和都提供了完备的硬件资源以及高效的开发工具缒谇陡咚賀诤撕虳单元,增加了内部存储器的容量,高速的接口,使得在图像、视频分析处理领域以及其他实时性很强的领域得以迅速发展¨薄R虼耍么死郌梢开发出嵌入式图像处理系统,不但可以满足图像处理时间要求,而且会大大减小系统体积又保证较低的功耗。课题组成员从年开始,已经开展了基于数字图像处理的晶片缺陷检测及金相显微分析系统方面的研究,并取得了深入的研究成果Ⅲ薄
,基于嵌入式技术飞速发展的潮流,本文把片上可编程系统技术应用到图像分析系统中,设计的嵌入式数字化显微分析系统显著优点有:用片上可编程系统技术,单片内完成所有系统功能,大大提高产品性价比,产品结构紧凑。诙嗪恕⒍啻砥魈岣咴怂闼俣龋晕⒎治鲎远椭悄化程度大大提高。嵌入式系统设计技术主要有钢帧在杓浦校黄酒纯商娲桓銮度胧较低晨7濉2⑶铱梢陨杓谱用集成电路芯片珹。具有高速时钟速率以及单价低可的优势,但存在以下几个方面劣势:开发周期长。开发周期一般为几个月至几年,若使用核及其他保护性资源需经过复杂的法律认证程序,这些都增加了进入市场的时间。设计者必须设计出完备的测试方案。掩模和设计成本很高,具有较高的风险。可以提供单芯片的解决方案:含有片上存储器、可编程逻辑和疍的低功耗微处理器,提供用户配置硬件和编辑软件褂没惚嗷駽语言目7⒐具。但片上存储器空间较小,不能支持操作系统和网络。是使用大容量的低常渲械腎可以为系统提供处理器以及通用硬件逻辑。核能够增加可重用性,减少开发设计难度。处理器可以是硬核和软核。若使用软核,则内部逻辑资源可以用于构建处理器,而对于硬核而言,处理器的已经布局在内部。相比较而言,软核实现更加灵活和方便,但运行的时钟频率较低。表