基于FPGA的嵌入式多核处理器及SUSAN算法并行化

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1、第３１卷第１１期计算机学报Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．１１２００８年１１月ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＯＭＰＵＴＥＲＳＮｏｖ．２００８基于犉犘犌犃的嵌入式多核处理器及犛犝犛犃犖算法并行化王洁张淑燕刘涛季振洲胡铭曾（哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院哈尔滨１５０００１）摘要对计算机性能要求的提高，使得并行计算成为未来计算机行业的发展方向，基于多核处理器平台的应用受到重视．给出了四核心嵌入式并行处理器ＦＰＥＰ的结构设计并建立ＦＰＧＡ验证平台．为了对多核处理器平台性能进行评测，提出了基于ＯｐｅｎＭＰ的３种可行的图像处理领域的经典算法ＳＵＳＡＮ算法的并行化方法：直接并行化ＳＵＳＡＮ、图像分块处

2、理和多图像并行处理，并对这３种并行算法在Ｉｎｔｅｌ四核心平台和ＦＰＥＰ的ＦＰＧＡ验证平台上进行性能测试．实验表明，３种并行算法在两种四核心平台下均可获得接近３．０的加速比，多图像并行处理在ＦＰＥＰ的ＦＰＧＡ验证平台可以获得接近４．０的加速比．关键词ＳＵＳＡＮ；ＦＰＧＡ；ＯｐｅｎＭＰ；多核处理器；图像处理中图法分类号犕狌犾狋犻犆狅狉犲犈犿犫犲犱犱犲犱犘狉狅犮犲狊狊狅狉犅犪狊犲犱狅狀犉犘犌犃犪狀犱犘犪狉犪犾犾犲犾犻狕犪狋犻狅狀狅犳犛犝犛犃犖犃犾犵狅狉犻狋犺犿ＷＡＮＧＪｉｅＺＨＡＮＧＳｈｕＹａｎＬＩＵＴａｏＪＩＺｈｅｎＺｈｏｕＨＵＭｉｎｇＺｅｎｇ（犇犲狆犪狉狋犿犲狀狋狅犳犆狅犿狆

3、狌狋犲狉犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犎犪狉犫犻狀犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犎犪狉犫犻狀１５０００１）犃犫狊狋狉犪犮狋Ｏｎｔｈｅｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｍａｋｉｎｇｐａｒａｌｌｅｌｃｏｍｐｕｔｉｎｇａｓｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｐａｒａｌｌｅｌ，ａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｂａｓｅｄｏｎｍｕｌｔｉｃｏｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒｐｌａｔｆｏｒｍａｒｅｅｍｐｈａｓｉｚｅｄ．Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆ４ｃｏｒ

4、ｅｅｍｂｅｄｄｅｄｐａｒａｌｌｅｌｐｒｏｃｅｓｓｏｒｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｄＦＰＧＡｖａｌｉｄａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍｔｈａｔｉｓｃａｌｌｅｄＦＰＥＰｉｓｂｕｉｌｔ．Ｔｏｅｖａｌｕａｔｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｍｕｌｔｉｃｏｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒｐｌａｔｆｏｒｍ，ｔｈｒｅｅｆｅａｓｉｂｌｅｐａｒａｌｌｅｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｗｉｔｈＯｐｅｎＭＰｏｎＳＵＳＡＮｔｈａｔｉｓａｃｌａｓｓｉｃｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ：ｄｉｒｅｃｔｐａｒａｌｌｅｌＳＵＳＡＮ，ｉｍａｇｅｂｌｏｃｋｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｐａｒａｌｌｅｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆｍｕｌｔｉｐ

5、ｌｅｉｍａｇｅｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔｉｎｇｏｆｔｈｅｓｅｔｈｒｅｅｐａｒａｌｌｅｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｅｘｅｃｕｔｅｏｎＩｎｔｅｌ４ｃｏｒｅｐｌａｔｆｏｒｍａｎｄＦＰＧＡｖａｌｉｄａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍｏｆＦＰＥＰ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈａｔｓｐｅｅｄｕｐｒａｔｉｏｏｆｔｈｒｅｅｐａｒａｌｌｅｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｏｎｂｏｔｈ４Ｃｏｒｅｐｌａｔｆｏｒｍｓｉｓａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ３．０，ａｎｄｓｐｅｅｄｕｐｒａｔｉｏｏｆｐａｒａｌｌｅｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆｍｕｌｔｉｐｌｅｉｍａｇｅｓｏｎＦ

6、ＰＧＡｖａｌｉｄａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍｏｆＦＰＥＰｉｓａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ４．０．犓犲狔狑狅狉犱狊ＳＵＳＡＮ；ＦＰＧＡ；ＯｐｅｎＭＰ；ｍｕｌｔｉｃｏｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ；ｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ收稿日期：２００８；最终修改稿收到日期：２００８．本课题得到山东省科技发展计划项目基金（２００７ＧＧ１０００１０２０）资助．王洁，男，１９７９年生，博士研究生，研究方向为并行计算、ＦＧＰＡ验证技术．Ｅｍａｉｌ：ｗｊ＠ｐａｃ５１８．ｈｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ．张淑燕，女，１９８６年生，硕士研究生，研究方向为嵌入式并行计算和并行算法．刘涛，男，１９７９年生，博士研究生，研究方

7、向为嵌入式多核处理器．季振洲，男，１９６５年生，教授，博士生导师，研究领域包括计算机体系结构、网络安全、并行计算等．胡铭曾，男，１９３５年生，教授，博士生导师，研究领域包括计算机体系结构、网络安全、并行计算等．２计算机学报２００８年程语言、解释器、数据库、布局布线模拟器、量子动力１引言学、浅水模型、三维势场求解、偏微分方程、三维图形库、计算流体动力学、图像识别／神经网络、地震波传随着计算机技术的飞速发展，并行计算已成为播模拟、计算化学、数论／素数测试等等．但对于特定计