奇異值分解算法邏輯設計的資源優(yōu)化問題研究.pdf

1、三維熒光分析是一種復雜體系解析的有效方法，可廣泛應用于生命、材料、環(huán)境等領域中樣品的解析。但三維熒光分析算法數據規(guī)模大、計算復雜度高，難以在嵌入式設備中推廣應用。可編程邏輯器件FPGA具有并行性和高效性，可以很好地解決算法在嵌入式環(huán)境下的計算要求，但三維熒光分析算法龐大的計算量使得算法對FPGA資源的需求相當大?？紤]算法實時性要求不高的特點，本文就如何降低算法邏輯設計的硬件資源消耗進行研究。
　　 奇異值分解(SVD)是三維熒光

2、分析的核心計算部件，其算法邏輯設計結構直接影響三維熒光分析對硬件資源的需求。本文以降低硬件資源為目的，引入邏輯設計中常用的“功能復用”和“并串轉換”等策略，對現有SVD處理器中基于CORDIC的旋轉角度計算結構和雙邊旋轉結構進行改進。具體工作如下：
　　 針對旋轉角度計算結構中資源利用率不高的問題，本文采用“功能復用”策略，設計了一種改進的旋轉角度計算結構。該結構通過對CORDIC模塊內部的移位器進行功能復用，在原有結構基礎上減

3、少了2個移位器的使用，節(jié)省了硬件資源。
　　 針對雙邊旋轉結構中因數據相關造成資源空閑的問題，本文提出了兩種改進方案，分別設計了并行雙邊旋轉結構和串行雙邊旋轉結構。其中，并行雙邊旋轉結構通過解除雙邊旋轉過程中左旋轉和右旋轉的數據相關性，實現了左旋轉和右旋轉的并行運算，減少處理時間的同時節(jié)省了硬件資源；串行雙邊旋轉結構通過對2個CORDIC模塊進行復用，解決了因數據相關造成的空閑資源浪費問題，從而減少了大量硬件資源。
　　

4、 考慮位串行結構相比于位并行結構在硬件資源以及時鐘頻率上的優(yōu)勢，本文借助“并串轉換”策略，利用CORDIC位串行結構以及位串行加/減器、位串行移位器等基本運算單元分別對上述改進的旋轉角度計算結構、并行雙邊旋轉結構，以及串行雙邊旋轉結構進行位串行的優(yōu)化，進一步減少了各結構所占用的硬件資源。
　　 最后，本文對改進后的結構從正確性和資源優(yōu)化效果兩方面進行驗證。首先利用Verilog HDL語言實現了改進后的旋轉角度計算結構和雙邊旋轉