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- 10 篇 教育学
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20 篇 硬件加速
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机构

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21 篇 哈尔滨工业大学
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17 篇 同济大学
16 篇 东南大学
16 篇 西安电子科技大学
15 篇 天津大学
14 篇 中国科学院大学
14 篇 电子科技大学
13 篇 湖南大学
11 篇 国防科学技术大学
11 篇 大连海事大学
11 篇 广东工业大学
10 篇 中国科学院计算技...
9 篇 武汉大学

作者

10 篇 刘鹏
9 篇 吴百锋
8 篇 顾君忠
8 篇 彭澄廉
8 篇 姚庆栋
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7 篇 刘政林
7 篇 孙晓光
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6 篇 李仁发
6 篇 陈宇
6 篇 邹雪城
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4 篇 白瑞林
4 篇 程煊
4 篇 陈毅成
4 篇 高丰
4 篇 郭炜
4 篇 chen yu
4 篇 胡伟

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678 篇 中文

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基于Zynq的XMSS算法软硬件协同设计

基于Zynq的XMSS算法软硬件协同设计

引用

作者：吴健浙江大学

学位级别：硕士

随着万物互联时代的来临,大量联网的嵌入式设备的安全性对信息安全至关重要。为了安全性考虑,一般在嵌入式设备上部署加密算法进行保密通信和身份验证,但大部分嵌入式设备的计算资源通常受到限制。目前已经被国际互联网工程任务组标准... 详细信息

随着万物互联时代的来临,大量联网的嵌入式设备的安全性对信息安全至关重要。为了安全性考虑,一般在嵌入式设备上部署加密算法进行保密通信和身份验证,但大部分嵌入式设备的计算资源通常受到限制。目前已经被国际互联网工程任务组标准化的后量子密码算法之一的XMSS（e Xtended Merkle Signature Scheme）数字签名算法需要执行数万次HASH计算以生成密钥对、签名和验证,并且需要足够的内存来存储相对较大的签名。因此,在资源受限的嵌入式设备上高效地运行此类后量子密码算法是很困难的。针对这一痛点,本文设计一种基于Zynq的软硬件协同加速计算系统,具体工作如下:（1）设计并在FPGA里实现了针对XMSS算法的硬件加速模块。硬件加速模块包括三个硬件加速算子模块和选择模块,其中三个硬件加速算子分别加速官方软件代码里三个运行时间较长的函数,选择模块将当前的数据流选择输入至对应的加速算子。（2）设计并实现了针对硬件加速模块的软件端控制模块。软件端控制模块包括软件端发送和接收数据模块与输入数据帧构建模块。其中输入数据帧构建模块功能为设计能够被相应的硬件加速算子模块识别的帧头和结构。（3）在Zynq平台完成了整个软硬件协同加速计算系统的搭建。利用了Zynq特殊的ARM+FPGA的架构,使用AXI4总线和DMA进行数据交换。其中硬件加速模块部署在FPGA上,软件端控制模块以及XMSS算法的一部分部署在ARM上。结果表明,本系统可在Zynq-7000系列的嵌入式平台上实现加速计算XMSS算法。本系统HASH运算采用SHA256算法,当Merkle树高h=10,Winternitz参数=16时,运行频率为156 MHz,消耗7723个FF和13547个LUT,生成密钥对、签名和验签阶段分别耗时5.21秒、14.8毫秒和6.19毫秒,相对于使用纯软件方式运行此算法,带来24.4、17.2和8.71的加速比。

关键词：后量子密码 XMSS算法软硬件协同设计 FPGA Zynq

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基于软硬件协同设计的虚拟机的并行性研究

基于软硬件协同设计的虚拟机的并行性研究

引用

作者：刘博上海交通大学

学位级别：硕士

动态二进制翻译技术与软硬件协同设计方法相结合,通过在硬件核心上集成专用硬件结构实现指令集体系结构,可以有效地解决虚拟机应用中二进制代码兼容问题,为动态二进制翻译与优化提供了一条新的思路。本文在深入了解当前动态二进制翻译... 详细信息

动态二进制翻译技术与软硬件协同设计方法相结合,通过在硬件核心上集成专用硬件结构实现指令集体系结构,可以有效地解决虚拟机应用中二进制代码兼容问题,为动态二进制翻译与优化提供了一条新的思路。本文在深入了解当前动态二进制翻译与虚拟机相关技术研究现状的基础上,展开对软硬件协同设计的并行虚拟机的深入研究。文中将基于软件实现的动态二进制翻译流程划分为代码加载、动态翻译和翻译后代码本地执行等三个主体部分,以及在主体流程基础上实现的动态优化。通过精心设计的硬件集成单元来完成动态翻译过程中的代码翻译,和动态优化中的目标代码缓存维护、源-目标执行代码入口地址映射、Profile信息收集等任务,最终实现动态二进制翻译与优化,和翻译后代码的执行,两个线程级任务的异步并行化。文章在软硬件协同设计二进制翻译处理器模型基础上,提出了以提高二进制翻译处理器性能的硬件翻译单元构造算法与硬件加速优化框架,以及动态二进制翻译中的线程级并行性开发,并实现了软硬件协同设计虚拟机并行原型系统Co-design CrossBit。本文主要的创新点包括: 1.研究了动态二进制翻译的任务流程以及性能模型。根据翻译正确性和优化性能的要求,对任务流程的关键部分给出相应的硬件支持策略和实现方案。在分析动态二进制翻译系统性能模型的基础上,提出了通过FPGA技术在芯片内集成协处理器实现动态二进制翻译系统的线程级并行。 2.提出了并行动态二进制翻译模型。开发线程级并行性是提高处理器性能的重要手段。并行系统通过将动态二进制翻译的任务分配到两个处理核上执行,将代码翻译、profile信息收集、缓存维护、源-目标执行代码入口地址等任务从二进制翻译器中源结构指令执行的关键路径上分离出来,提高系统的性能与实时性。 3.为了验证本文工作的正确性与性能优势,文章最后实现了原型翻译系统。设计的软硬件协同动态二进制翻译系统成功地实现了从用户级IA-32整数指令到目标结构PowerPC的翻译与执行,根据标准SPEC基准测试程序,使得动态二进制翻译过程的正确性与本文提出算法的性能优势得到了验证。实验表明,软硬件协同设计虚拟机可以很好的解决向新体系结构迁移时的各种兼容性问题。精心设计的硬件支持部件和硬件加速优化算法可以进一步提高动态二进制翻译的性能。可并行执行硬件集成单元的引入使处理器的执行任务得到极大简化,并可以灵活利用并行化技术。指令集结构的实现与底层执行机制实现的分离也为软硬件升级带来很大的灵活性。总之,动态二进制翻译技术与软硬件协同设计相结合的虚拟机系统,在有效解决二进制代码兼容问题的同时,不仅可以简化硬件,避免指令集与硬件专利权限制,而且可以通过动态优化技术改进性能,有很好的发展前景与应用价值。

关键词：软硬件协同设计虚拟机动态二进制翻译并行化 CrossBit

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基于ARM ESL平台的H.264与AVS双解码软硬件协同设计和研究

基于ARM ESL平台的H.264与AVS双解码软硬件协同设计和研究

引用

作者：何颖天上海交通大学

学位级别：硕士

随着H.264高清视频技术越来越广泛的应用,但又不可避免存在版权费的问题。我国开发了具有自主知识产权的AVS视频编解码标准。关于H.264与AVS的研究也越来越多,其中一个主要的目标就是如何在保证视频图像质量不受影响的前提下有效的提升... 详细信息

随着H.264高清视频技术越来越广泛的应用,但又不可避免存在版权费的问题。我国开发了具有自主知识产权的AVS视频编解码标准。关于H.264与AVS的研究也越来越多,其中一个主要的目标就是如何在保证视频图像质量不受影响的前提下有效的提升编解码的速度。提出一种基于ARM ESL平台的软硬件协同的设计方法应用,并进行了整个H.264与AVS解码系统的设计和仿真验证。在具体的软硬件划分中,通过采用硬件加速AVS亮度插值模块,合并了二分与四分之一亮度插值的软件算法。合并了H.264与AVS解码系统的环内滤波过程,并用DMA控制器改进滤波的硬件结构,从而改善了系统的整体性能。实验中比较十帧720x576的AVS解码图像在原始纯软件环境,同软硬件协同系统的仿真结果。也相应地比较三帧H.264解码图像的前后仿真结果。仿真结果说明新的H.264与AVS双解码系统的体系结构提高了原解码系统的整体性能,为H.264与AVS双解码系统的软硬件协同设计提供了有益的参照。本次科研项目最重要的任务,是对整体的系统性能在实际的解码过程中的实时性做出评估。通过分析软件代码的时间代价,分析出插值模块位于底层、耗时久、软硬件易分离、计算量大、硬件易实现、并行度高、硬件开销较小的特点,将其在寄存器传输级上进一步实现,综合并仿真,得出最终的时间周期数上的花费。

关键词： H.264 AVS 软硬件协同设计 ESL

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H.264编解码器软硬件协同设计与验证技术研究

H.264编解码器软硬件协同设计与验证技术研究

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作者：张玢西安石油大学

学位级别：硕士

随着网络宽带的增加和信息处理技术的进步,人们对多媒体业务的需求越来越广泛。视频编码技术作为多媒体技术中重要的组成部分,早已经成为国内外研究和工业应用的热点之一。许多视频编码方案也喜爱不断的被提出和应用,而H.264是目前最有... 详细信息

随着网络宽带的增加和信息处理技术的进步,人们对多媒体业务的需求越来越广泛。视频编码技术作为多媒体技术中重要的组成部分,早已经成为国内外研究和工业应用的热点之一。许多视频编码方案也喜爱不断的被提出和应用,而H.264是目前最有效的编解码标准。 H.264标准在大幅度提高编码效率的同时,也因为复杂的运算为H.264的嵌入式应用带来了巨大的障碍。因此如何对拥有大量复杂编码算法的H.264编码器进行编码功能正确性的验证,以及验证编码器是否具有高效率的编码性能是一个重要的研究课题。因此,本文在深入研究H.264视频压缩编码标准的基础上,概述了H.264编解码器的设计,重点对编码器的验证方法进行了研究。首先设计了编码器的验证规范；构建了以H.264编码器为核心的虚拟原型、FPGA原型验证平台；然后基于设计好的验证平台,编写验证用例,运用软硬件协同验证方法,对H.264编码器进行了层次化验证。最终,从主观和客观质量评定角度出发,验证了H.264编码器编码功能正确,压缩码流符合H.264标准,性能满足设计要求

关键词： H.264编码标准 H.264编解码器软硬件协同设计软硬件协同验证

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基于FPGA的PCI接口软硬件协同设计及其应用

基于FPGA的PCI接口软硬件协同设计及其应用

引用

作者：范小虎济南大学

学位级别：硕士

随着半导体工艺的不断快速发展,计算机与嵌入式产品广泛应用到人类的正常生产生活和工作等各个领域,数字化时代已经成为主流趋势。PCI(Peripheral Component Interconnect,周边元件扩展接口)总线作为一种独立的同步于处理器的高性能局... 详细信息

随着半导体工艺的不断快速发展,计算机与嵌入式产品广泛应用到人类的正常生产生活和工作等各个领域,数字化时代已经成为主流趋势。 PCI(Peripheral Component Interconnect,周边元件扩展接口)总线作为一种独立的同步于处理器的高性能局部总线,以其高性能,低成本,兼容性好等优点在计算机系统结构中获得了十分普遍的应用。在本文涉及的安防监控视频采集应用中,需要传输大量连续的多路数据,而通用的音视频解码芯片连接PCI桥接芯片的方法并不能很好地满足这样的需求。针对以上的问题,同时出于知识产权的要求,作者所在的研发团队自主设计所需要的各功能逻辑模块并用FPGA芯片进行逻辑和软件的协同验证,为流片提供保障。本文包含的研究内容包含如下几个方面: (1)采取软硬件协同设计方法,系统地根据需求分析进行模块划分,制定相应的接口信号、引脚定义等文档规范,然后用Verilog语言实现功能逻辑,完成基于FPGA的PCI接口模块,同时根据相同的接口进行软件的研发,以方便之后进行的仿真验证与集成测试。整个PCI接口模块分为:总线仲裁器模块,含DMA(Direct Memory Access,直接内存存取)的IO接口模块,奇偶校验模块,命令-地址译码模块。PCI模块与其他功能模块的通信通过异步FIFO模块缓冲数据实现跨时钟域的稳定传输。在FPGA上实现PCI接口模块,具有配置灵活,修改方便,可以根据应用需求定制功能等特点。 (2)在设计时,采用软硬件协同设计方法,让软硬件的研发在时间上并行,并且通过协同验证的结果及时修改设计目标,缩短了设计周期,而且可以在更早的时间对系统可行性进行评估。通过在FPGA上实现验证,相对于逻辑仿真提高覆盖率,加快了验证进程,保障了设计的正确性。 (3)文章的后半部分展示了该PCI接口模块应用的例子:基于PCI总线的多路视频采集卡。该设计针对安防监控视频采集的特殊应用,在符合PCI规范的前提下设计该PCI接口模块,将采集的连续的多路音视频采集的信号通过PCI总线传输到主机,适应大量连续数据的块DMA传输,并方便级联扩展以适应更多路数的数据采集。该方案已经通过了测试与验证并已经成功进行了流片,目前产品已经上市。该PCI接口模块的设计符合PCI设计规范,采取软硬件协同设计方法并使用Verilog HDL语言进行编写,经过仿真验证,测试结果表明该PCI接口模块的设计符合PCI2.2规范的时序要求,可以完成数据稳定可靠地通过PCI总线与主机交互功能。

关键词： PCI接口 FPGA Verilog HDL 软硬件协同设计

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IEEE802.15.4MAC层协处理器的软硬件协同设计

IEEE802.15.4MAC层协处理器的软硬件协同设计

引用

作者：赵炜西安电子科技大学

学位级别：硕士

最近几年，短距离无线网络的研究有了重大发展，例如蓝牙、WLAN等。ZigBee是一种具有低速率、低功耗、低成本、低复杂度组网灵活和高安全性等特点的短距离无线通信技术，在传感器网络、工业控制、医疗监护、智能家居等短距离、低速率无... 详细信息

最近几年，短距离无线网络的研究有了重大发展，例如蓝牙、WLAN等。ZigBee是一种具有低速率、低功耗、低成本、低复杂度组网灵活和高安全性等特点的短距离无线通信技术，在传感器网络、工业控制、医疗监护、智能家居等短距离、低速率无线应用领域有着广泛的应用前景。IEEE802.15.4标准定义了ZigBee协议的物理层（PHY）和媒体接入控制层（MAC）规范，媒体接入控制层（MAC）的大部分功能通常作为协处理器被被固化在ZigBee SoC芯片中。本文首先介绍了ZigBee的技术特点，在IEEE802.15.4-2003标准的基础上，深入研究了媒体接入控制层（MAC）的服务框架和工作原理，提出了MAC层实体的计算模型和功能模块划分，设计实现了MAC各主要功能块的C函数原型；其次，介绍了一种基于带数据的有限状态机（FSMD）的软硬件协同设计方法，运用该方法将MAC层C函数原型转换成硬件协处理器的RTL设计；最后搭建MAC层协处理器的功能仿真平台，验证了MAC层帧的生成与解析、数据收发、确认帧收发和网络管理等功能。

关键词： IEEE802.15.4 媒体接入控制层带数据的有限状态机软硬件协同设计

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嵌入式软硬件协同设计在气象主采集器中研究与应用

嵌入式软硬件协同设计在气象主采集器中研究与应用

引用

作者：张蓓蓓河北工业大学

学位级别：硕士

随着社会的不断进步和经济多元化的不断发展，气象与人们的生活有着越来越紧密的联系，如何为气象要素采集提供一个稳定、有效、准确的采集设备成为许多研究人员越来越关心的问题。\n 本文介绍了嵌入式系统的现状，分析了传统嵌入式... 详细信息

随着社会的不断进步和经济多元化的不断发展，气象与人们的生活有着越来越紧密的联系，如何为气象要素采集提供一个稳定、有效、准确的采集设备成为许多研究人员越来越关心的问题。\n 本文介绍了嵌入式系统的现状，分析了传统嵌入式设计方法的不足和软硬件协同设计方法的特点与优越性，以软硬件协同设计为方法对系统进行设计，并对本论文中采用的复杂可编程逻辑器件CPLD及硬件语言VHDL进行了必要的介绍与分析。\n 本文的核心内容是根据国家第二代气象采集站的规格要求，以ARM和CPLD相结合为体系结构，设计基于CPLD的多要素气象采集系统，对规定的基本要素传感器之中的风速传感器、风向传感器和雨量传感器的数据行进行采集和存储，并通过串口将数据以一定格式发送到主采集器中。硬件设计是以MAXⅡ系列的EPM570为核心芯片，再辅助一些基本功能电路来完成的。EDA软件采用Quartus Ⅱ，通过编写VHDL硬件语言，完成采集系统对气象要素数据采集的程序设计。\n 在设计基于CPLD的数据采集系统程序时，对其进行了模块化的优化设计。由于气象采集具有采集环境特殊和采集要求灵活等特点，对采集系统进行模块优化设计不仅便于进行设备的维护和检测，同时更有利于采集要素的变更。

关键词：气象主采集器软硬件协同设计嵌入式系统复杂可编程逻辑器件硬件描述语言数据采集系统模块化设计

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一种基于CNN-CBP特征的微表情识别系统及其软硬件协同设计

一种基于CNN-CBP特征的微表情识别系统及其软硬件协同设计

引用

作者：刘毅泽华东师范大学

学位级别：硕士

微表情是人们试图掩饰内心真实情绪时流露出的一种转瞬即逝的面部表情,被认为是识别说谎和危险的最为有用的线索,对理解人类欺骗行为有着重要的作用。自Ekman等人在医学视频的研究中发现微表情以来,微表情的研究在多个领域展开,如临床... 详细信息

微表情是人们试图掩饰内心真实情绪时流露出的一种转瞬即逝的面部表情,被认为是识别说谎和危险的最为有用的线索,对理解人类欺骗行为有着重要的作用。自Ekman等人在医学视频的研究中发现微表情以来,微表情的研究在多个领域展开,如临床医学、公共安全、教育以及政治领域。而微表情的研究中,由于微表情肉眼的不易观察性,微表情自动识别方法的研究能够为微表情研究提供有力的工具,加快、扩展微表情的原理研究进程和微表情的应用领域。近年来,微表情自动识别方法的研究是微表情研究领域的一大热点,然而微表情的研究尚存在不少障碍,如数据集的问题、实时性的问题。微表情数据集的问题首先是集不够完备,普遍缺乏六种基本表情;其次是数据量相对表情数据集而言是比较少的。微表情据集的缺陷对于模型的有效训练非常不利。考虑到微表情和宏表情在基本情绪上是一致的,区别在于持续时间和表情动作幅度上,因而将宏表情的数据集利用到微表情训练上是一个可行的方案。我们在[52]的基础上,利用宏表情和微表情数据集训练宏表情识别模型,然后将宏表情识别模型作为微表情识别框架中的表情识别模块,再利用表情的持续时间区分宏表情和微表。目前微表情自动识别方法的研究大都基于软件层面,然而在人机交互、互动教育等微表情应用场合下,软件实现的微表情算法在实时性问题上值得探究。为了解决微表情识别中大量计算带来的实时性问题,我们将微表情自动识别系统移植到基于FPGA的软硬件平台上,并采用软硬件协同设计的方法优化系统在软硬件平台上的设计和实现,在满足实时性的前提下,尽可能地降低系统的功耗提高系统的性能。

关键词：微表情自动识别 FPGA 软硬件协同设计

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JPEG解码算法的软硬件协同设计研究

JPEG解码算法的软硬件协同设计研究

引用

作者：冯宏西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着现场可编程门阵列FPGA（FieldProgrammableGateArray）技术的不断发展，片上可编程系统SOPC（SystemOnProgrammableChip）逐渐成为嵌入式系统开发的新方向。SOPC系统开发过程是一个软硬件协同设计的过程。软硬件协同设计可缩短设计... 详细信息

随着现场可编程门阵列FPGA（FieldProgrammableGateArray）技术的不断发展，片上可编程系统SOPC（SystemOnProgrammableChip）逐渐成为嵌入式系统开发的新方向。SOPC系统开发过程是一个软硬件协同设计的过程。软硬件协同设计可缩短设计周期，提高设计效率。本文以Altera的NiosⅡ为开发平台，结合JPEG解码算法这一典型的计算密集型应用，对SOPC软硬件协同设计技术进行研究。论文首先阐述了课题的研究背景和相关技术的发展现状，然后介绍了JPEG编码技术和SOPC软硬件协同设计的基本理论及设计流程。在这些理论知识的支持下，以DE2-115开发板为硬件开发环境，在NiosⅡIDE平台上完成JPEG解码算法的软件实现，并将解码后的结果通过触摸屏显示出来。该过程主要涉及：利用SOPCBuilder搭建和配置NiosⅡ处理器系统、熵解码、离散余弦逆变换、反量化变换及色彩空间转换等算法的实现。最后，根据软硬件划分准则，将色彩空间转换模块和离散余弦逆变换模块用硬件实现并在Modelsim下进行仿真验证，对比分析，该模块的硬件实现有利于提高解码速率。本文主要完成了JPEG解码算法的软硬件并行实现，对软硬件协同设计技术的后续研究奠定了基础。

关键词： SOPC技术 JPEG算法软硬件协同设计 NiosⅡ

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基于ZYNQ的卷积神经网络软硬件协同设计研究与实现

基于ZYNQ的卷积神经网络软硬件协同设计研究与实现

引用

作者：王春林大连海事大学

学位级别：硕士

卷积神经网络作为深度学习领域的核心算法,将特征提取与分类进行结合,与人工提取特征进行分类相比,具有更高的检测精度。由于其网络结构复杂,每层包含大量并行的乘加运算,需要硬件平台具有强大的并行计算能力。FPGA作为一种可编程逻辑器... 详细信息

卷积神经网络作为深度学习领域的核心算法,将特征提取与分类进行结合,与人工提取特征进行分类相比,具有更高的检测精度。由于其网络结构复杂,每层包含大量并行的乘加运算,需要硬件平台具有强大的并行计算能力。FPGA作为一种可编程逻辑器件,具有高并行度和可编程性等优势,可针对不同的算法进行并行加速,成为实现卷积神经网络的一种重要的选择。本文基于Xilinx公司的ZYNQ芯片对卷积神经网络进行硬件加速研究。对卷积神经网络的结构特点进行分析,采用软硬件协同设计的方式,充分发挥ARM和FPGA的优点。ARM端完成Linux操作系统的移植以及软硬件协同程序的设计;FPGA端实现卷积计算模块、深度可分离卷积计算模块、池化计算模块、数据输入和输出模块的设计。针对并行展开的方式易造成长广播、多扇入扇出的数据通路问题,本文采用脉动阵列代替并行展开,将长距离的数据通路转换为每个处理单元之间的短距离数据通路,并完成卷积计算模块的设计工作。在数据传输的实现方式上,采取多通道数据传输加中间缓存的方式,减少数据在DDR存储器和片上缓存之间传输的时间,并完成对数据输入和输出模块的设计。在硬件IP优化上,采用乒乓流水化操作方式执行各个模块,增加各模块的使用效率,减少硬件IP的总体运行时间。对浮点数据进行定点量化,减少片上存储资源的使用。针对FPGA片上存储资源无法存储全部权重参数和中间数据的问题,对卷积神经网络进行分块操作,并通过Roofline性能评估模型优化硬件结构以满足硬件资源限制。卷积神经网络硬件IP总体设计采用Vivado HLS高层次综合工具完成。实验采用Zedboard开发板,通过两种不同结构的卷积神经网络对软硬件协同设计进行评估。结果表明,本文利用ZYNQ芯片以软硬件协同设计的方式实现了卷积神经网络的硬件加速,在与浮点数据类型的检测精度基本一致的情况下,具有加速效果好,系统功耗低等优点。

关键词：卷积神经网络 ZYNQ 软硬件协同设计脉动阵列 Vivado HLS

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