实时相关算法的FPGA实现

leedlut

各路大神好，现在我要用FPGA（现成的Xilinx VC707开发板）实现一个实时相关算法，即对两路数据序列进行移位相关，具体见下图。 图中有两个寄存器组（长度为L=256、512、1024...），其中竖着的寄存器组里存放着构造好的数据（数据位宽10bits）。上面的寄存器组用于数据缓存，每个clk周期内实现两个寄存器组内对应位置点数据的乘积，并求出所有乘积值的累加和（product_sum），并将此累加和数据与固定的数值阈值进行比较，若大于阈值，则存储data序列中相应的数据位置点；否则，放弃该product_sum。每个clk周期移入移出一个数据值（对应图中上面的寄存器组）。由于此算法处理的是前面模块推送的实时数据，所以对实时性要求比较高，每一次的计算延时不能太多。  我之前尝试的结果不太好，一直思路受限。所以，eetop的IC/FPGA高手们，能不能提供一些思路，这个算法该怎么实现（或能不能实现）？  先谢谢啦！

harry_hust

回复 1# leedlut


   可以设计成pipeline，data可以用两个memory（这里用FIFO说明）串联缓存：计算乘积累加用FIFO_A流水计算，计算完后data写入FIFO_B，得到比较结果后再看是否需要将FIFO_B中的数据写入到RAM，需要就写入不需要就清空。end.

leedlut

回复 2# harry_hust
你好harry_hust, 如果用memory进行缓存的话，无法做到一个clk访问所有的缓存数据（L个数据），所以，求出一个product_sum,即使用pipeline的话，也会需要很多周期。而data数据一直在推送，恐怕前后速率上无法达到匹配。

harry_hust

回复 3# leedlut


    这L个数据也是同时输入FPGA的吗？（我个人认为应该不会是同时给进来的，没有这么多的接口。。）    其实实时计算并不是说不能有延迟，或者延迟只有1个cycle，只要满足指标要求都是实时的。
    另外，L个数据同时计算也带来很大的功耗，如果码率很大的话还得考虑散热问题。
    所以我觉得这个应该还可以进一步优化。

leedlut

回复 4# harry_hust     首先，感谢harry_hust对本帖的关注！
     事实上，我上面提到的data数据已经是FPGA内的数据，data数据从前面的一个模块输出到这个相关算法的处理模块。简单的说，这个算法就是要从这个data数据流中找到一个固定长度（L），每一帧数据的帧头（是否找到就是用上面图中提到的方法进行判决）。 这个算法也可以形象的描述为：有一个固定长度的窗（如我上面说的长度为L的寄存器组），而且这个窗是固定的，而data数据是随clk不断流经这个窗的，每走一个clk周期，这个窗里的数据是不断更新的（移位过程）。 因为不知道帧头到底什么时候会出现，那么，就需要在每一次窗里的数据有更新时，都进行判决确认。
     还有就是，你提到的实时计算允许有一定的延时，只要满足指标就行。 这我是同意的， 但就这个算法来说，data数据的数据率大概在25MHz/s，之前，我也有考虑按你上面提到的方法进行处理，用memory进行数据缓存，但考虑到memory每个cycle 只能读写一次，而且无法做到我上面提到的数据移位操作， 那么无论用不用pipeline，都会拖慢处理速度（因为我觉得算法的特性在于多数据的同时处理，而memory虽可以用于缓存，但是它使得数据的读写变得串行化，所以感觉有些不匹配。个人见解~~~）。

     关于L个数据同时计算，这是我最先考虑到的实现方式，但正如你所说，同时计算在实现时会带来大功耗问题、散热问题及FPGA布局布线资源大量消耗的问题（因为做个东西不是用于实际的产品，而是带有一定的实验性质的，所以更关注能否实现。），所以，这样做（我暂时想到的寄存器组）的话，最担心的就是布线资源不够用。  从目前程序的综合结果来说，感觉还是有些问题，没有综合出想要的structure。 当然，鉴于水平有限，可能还是有理解不到位的地方。 所以欢迎高手能提出不一样的见解！

harry_hust

回复 5# leedlut


   照你所说，那L个乘法是不可避免了，累加也不可避免会有（1+2+...+2^(L-1)）个加法。   如果资源足够的话，你可以将data寄存N级（N为乘法开始到compare结束的cycle数），这样也可以流水了。

   另外，如果仅是实验用的话，可以仅做仿真，而不必到FPGA上跑。

   希望这些对你有帮助。

wddnjust

几百个乘法器。。。，帧头不是固定数，那计算量很多啊

lanfeng1987

挺复杂，学习一下，多谢了

leedlut

回复 7# wddnjust


  嗯，计算量是很大。

leedlut

回复 6# harry_hust


   嗯，正在尝试用流水线去做。 还有就是，这个虽然是实验性质的，还是有具体实物系统的，只是目前主要考虑系统的实现，对成本和功耗不是那么敏感~