基于FPGA協處理器的算法加速的實現

設計實例

圖4所示的Mandelbrot圖是一種經典的不規則幾何圖形，該圖形廣泛用在科學和工程學界用于仿真無序事件，例如天氣。不規則圖形也用于產生紋理和在視頻顯示應用上成像。Mandelbrot圖像描述為自相似性。放大圖形的局部，可以獲得類似于整個圖形的另外一個圖形。

圖4：Mandelbrot圖

Mandelbrot圖形是硬件/軟件協同設計的理想選擇，因為它具有單個運算密集的函數。通過將關鍵的函數轉移到硬件實現將大大地增加整個系統的速度，使這個關鍵函數更快。Mandelbrot應用還能清楚地區分硬件和軟件進程，使用C-HDL工具很容易實現。

本文使用CoDeveloper工具組作為C-HDL工具組用于該設計實例，而且只修改了軟件Mandelbrot C程序以使其與C-HDL工具兼容。其中的改變包括：將軟件項目分割成不同的進程(順序執行的獨立單元);函數接口轉換(硬件到軟件)到流;增加編譯器指令來對產生的硬件進行優化。我們隨后使用CoDeveloper工具組來創建Pcore協處理器，將該協處理器輸入到Xilinx Platform Studio(XPS)。利用XPS，我們將PC連接到PowerPC APU控制器接口，并測試系統。

Xilinx公司的應用說明資料XAPP901中提供了該設計的全面描述和設計文件，并提供下載。同時，用戶指南UG096提供一種實現設計實例的逐步設計指導。

我們對Mandelbrot圖像紋理問題、圖像濾波應用和三倍DES加密的性能改善進行了測量。性能改善顯示了從11倍到34倍的加速。