發(fā)布時間：2017-04-24 21:00

  本文關鍵詞：基于LU分解的矩陣求逆運算的硬件實現(xiàn)與驗證，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：矩陣運算是科學與工程計算中的基本運算,廣泛應用于數(shù)字信號處理和圖像處理等各個領域。上述應用領域的實時性要求很高,為加快矩陣運算速度,需采用硬件實現(xiàn)的方法。而矩陣求逆運算是簡化和解決很多問題的關鍵環(huán)節(jié),其執(zhí)行速度對整個系統(tǒng)的效率有重要的影響。針對現(xiàn)有的矩陣求逆硬件實現(xiàn)方法大多有硬件資源復雜度大、存儲資源需求大或僅適用于低階矩陣等缺陷,本文提出了一種基于LU分解的矩陣求逆運算的硬件實現(xiàn)方法。該方法基于簡單的加減乘除運算單元,設計了三個計算模塊完成矩陣求逆運算,通過重構的方式實現(xiàn)各個模塊的運算,節(jié)約了超過50%的硬件資源,具有低功耗、低硬件資源復雜度的特點;并對三個模塊分別設計了并行化方法,并設定相應的存儲規(guī)則以實現(xiàn)并行訪存,根據(jù)硬件資源本設計采用四路并行的方式,有效提高了運算效率和硬件資源利用率。隨著SoC設計技術遵循摩爾定律規(guī)律快速發(fā)展,芯片規(guī)模和功能的急劇膨脹也導致了驗證復雜度的快速增長,驗證的工作量指數(shù)級增長,驗證效率越來越成為制約設計效率的瓶頸。傳統(tǒng)的驗證方法已經無法滿足對于大規(guī)模的復雜的芯片設計的驗證。因而,近年來不斷涌現(xiàn)出大量新的高級驗證方法學。面對利用重構方式實現(xiàn)的矩陣求逆設計,需要對大量的不同階數(shù)的矩陣數(shù)據(jù)進行驗證,本文采用了目前驗證技術的最新進展UVM (Universal Verification Methodology)驗證方法學,搭建了一個高效、高度自動化、可重用的驗證平臺,極大地提高了驗證效率。通過隨機約束結合隨機產生激勵的方式,生成所需的矩陣求逆設計的配置信息以及隨機的矩陣數(shù)據(jù),通過大量的隨機測試可以快速達到功能覆蓋率100%的要求,保證模塊設計的功能正確性。同時,通過運行時間的統(tǒng)計以及計算精度的統(tǒng)計,對設計模塊的性能方面進行分析。最終得到對矩陣求逆模塊設計的完備的驗證結果。
【關鍵詞】：矩陣求逆 LU分解 硬件實現(xiàn) UVM驗證方法學
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TP332
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第1章 緒論13-17
• 1.1 研究背景13-16
• 1.1.1 矩陣求逆13-14
• 1.1.2 驗證方法學14-16
• 1.2 課題來源16
• 1.3 論文主要工作與組織結構16-17
• 第2章 可配置專用處理核RASP介紹17-25
• 2.1 RASP總體架構17-19
• 2.2 RASP核工作方式19-21
• 2.2.1 RASP核工作模式19
• 2.2.2 DSP核對RASP核的配置19-21
• 2.3 可重構設計21-25
• 2.3.1 重構控制器21-22
• 2.3.2 可重構計算陣列22-23
• 2.3.3 重構實現(xiàn)流程23-25
• 第3章 基于LU分解的矩陣求逆RTL設計25-41
• 3.1 基于LU分解的矩陣求逆算法25-28
• 3.1.1 LU分解25-27
• 3.1.2 三角矩陣求逆27-28
• 3.1.3 矩陣乘28
• 3.2 整體架構設計28-29
• 3.3 子功能模塊設計29-40
• 3.3.1 LU分解模塊29-33
• 3.3.1.1 硬件電路結構設計29-32
• 3.3.1.2 重構實現(xiàn)32
• 3.3.1.3 并行存儲方案32-33
• 3.3.2 三角矩陣求逆模塊33-38
• 3.3.2.1 硬件電路結構設計33-36
• 3.3.2.2 重構實現(xiàn)36-37
• 3.3.2.3 并行存儲方案37-38
• 3.3.3 矩陣乘模塊38-40
• 3.3.3.1 硬件電路結構設計38
• 3.3.3.2 重構實現(xiàn)38-39
• 3.3.3.3 并行存儲方案39-40
• 3.4 小結40-41
• 第4章 矩陣求逆設計模塊的UVM驗證41-69
• 4.1 UVM驗證方法學41-51
• 4.1.1 UVM簡介41-42
• 4.1.2 UVM驗證平臺42-43
• 4.1.3 UVM的重要機制43-51
• 4.1.3.1 類機制43-45
• 4.1.3.2 factory機制45-46
• 4.1.3.3 phase機制46-48
• 4.1.3.4 objection機制48
• 4.1.3.5 TLM機制48-49
• 4.1.3.6 sequence機制49-50
• 4.1.3.7 register model機制50
• 4.1.3.8 config機制50-51
• 4.2 矩陣求逆設計模塊的UVM驗證方案51-63
• 4.2.1 UVM驗證平臺搭建51-55
• 4.2.2 驗證平臺中組件的實現(xiàn)方法55-63
• 4.2.2.1 sequence55-56
• 4.2.2.2 sequence_item(transaction)56-58
• 4.2.2.3 interface58
• 4.2.2.4 driver58-60
• 4.2.2.5 monitor60
• 4.2.2.6 C_MODEL60-61
• 4.2.2.7 測試testcase61-62
• 4.2.2.8 top頂層模塊62-63
• 4.3 測試計劃63-64
• 4.3.1 寄存器配置63
• 4.3.2 功能測試點63-64
• 4.4 驗證結果與分析64-67
• 4.4.1 功能正確性和性能統(tǒng)計64-66
• 4.4.2 計算精度66
• 4.4.3 代碼覆蓋率66-67
• 4.5 本章小結67-69
• 第5章 總結與展望69-71
• 5.1 全文總結69
• 5.2 未來展望69-71
• 參考文獻71-75
• 攻讀碩士學位期間的工作和成果75-76
• 致謝76-77

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本文編號：324925