專利名稱：一種新型陣列視頻信號處理單元結(jié)構(gòu)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種新型陣列視頻信號處理器中處理單元的結(jié)構(gòu)。發(fā)明針對視頻信號處理和三維圖像處理等應用對高性能、可編程數(shù)字信號處理器的迫切需求，基于大規(guī)模并行處列處理器，提出了ー種新型的處理單元體系結(jié)構(gòu)。屬于集成電路設計領域。
2.
背景技術：
本發(fā)明涉及的陣列數(shù)字信號處理器能夠廣泛地應用于高性能視頻信號處理領域。由于同時具有高性能和可重構(gòu)、可編程性，所以能夠適應MPEG-2/MPEG-4/H. 263/Divx/
H.264/AVS/VC-1/RV/MJPEG等各種主流的視頻編解碼算法，還可以廣泛地應用于各種視頻前處理和后處理場合，為高性能視頻轉(zhuǎn)換器和服務器、高端DVD、DTV等多媒體電子產(chǎn)品提供強大的視頻/數(shù)字信號處理能力。更重要的是，陣列數(shù)字信號處理器不僅具有低成本，低 功耗和高性能的優(yōu)勢，還具有極大的適應性，能夠?qū)崿F(xiàn)未來潛在的新視頻/數(shù)字信號處理算法。所以，應用前景十分廣闊。本發(fā)明面向多媒體處理應用，提出一種動態(tài)可重構(gòu)、易編程的陣列處理單元的體系結(jié)構(gòu)，既具有ASIC高性能、低功耗、低成本的優(yōu)勢，又具有可編程DSP設計開發(fā)靈活、開發(fā)周期短的優(yōu)勢，本發(fā)明可以廣泛應用于消費電子市場，包括高性能數(shù)字信號處理和現(xiàn)場可編程邏輯應用。尤其適用于低端和高端音頻/視頻消費設備。低功耗、低成本和高可靠性的特點，使本發(fā)明具有很強的市場競爭力。
3.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要內(nèi)容是提出了的ー種新型陣列處理器基本運算單元結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括一個算術運算符、兩個輸入選擇器、兩個輸入寄存器、一個扇出控制器和四個可配置的緩存器。圖I所示的結(jié)構(gòu)中，通過改變配置寄存器可以實現(xiàn)對運算単元的重構(gòu)和編程?；具\算單元可以實現(xiàn)算木運算操作、比較操作、移位操作、轉(zhuǎn)換操作、邏輯操作和其它的專用操作。這些操作可以組合成運算符，算木和邏輯運算符可以通過編程實現(xiàn)大規(guī)模并行計算。每個運算符都可以進行一些簡單的操作，我們精心選擇了適合視頻后處理和其它數(shù)字信號處理應用的操作。運算符可以進ー步組成計算簇，如圖2所示。同一計算簇中的運算符通過級聯(lián)可以實現(xiàn)更復雜的功能。運算符組成的簇是通過交換網(wǎng)絡互連的。多個簇和交換網(wǎng)絡可以構(gòu)成動態(tài)可重構(gòu)的陣列處理器。陣列處理器中每個處理單元的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中 算術邏輯單元(ALU, Arithmetic Logic Unit):可以執(zhí)行算術和邏輯運算如加、減、乘、除、比較、移位、與、或、非等。 本地程序存儲器用來存儲少量的指令； 寄存器初步考慮設計8個本地寄存器和4對用于端ロ互連的寄存器。
姆個基本的計算簇包括9個運算單元,8個這樣的基本簇和ー些存儲bank通過局部網(wǎng)絡連接組成低層次的計算簇，如圖4所示。典型的存儲bank是8-12位寬，256-2048位深。低層次的計算簇可以通過互連構(gòu)成高層次的計算簇。計算簇是層次結(jié)構(gòu)的，可以有多層。同樣，圖4所示的結(jié)構(gòu)中也可以通過配置簇內(nèi)的互連網(wǎng)絡實現(xiàn)計算簇層次的重構(gòu)和編程。
4.


圖I是基本運算單元體系結(jié)構(gòu)。圖2是基本運算單元構(gòu)成計算簇的體系結(jié)構(gòu)。圖3是陣列處理器中處理單元的體系結(jié)構(gòu)。圖4是處理單元組成計算簇的體系結(jié)構(gòu)。 圖5是陣列處理器體系結(jié)構(gòu)示例。
5.
具體實施例方式眾所周知，為特定視頻處理功能設計的專用集成電路(ASIC)具有非常高的性能，一般是可編程DSP性能的幾十甚至上百倍。為此，我們仔細分析了 ASIC實現(xiàn)的特點，認識到運算中所用到的操作的類型是有限的，少數(shù)幾種操作被反復地使用；操作的扇出往往是比較少的；通過操作的級聯(lián)和組合，可以有效提高資源的利用率；單元之間的局部互連是很有效的，采用大規(guī)模的交換網(wǎng)絡是非常浪費資源的?；谏鲜稣J識，我們設計了如圖5所示的陣列處理器結(jié)構(gòu)。在這個結(jié)構(gòu)中，多個圖4所示的低層次簇通過網(wǎng)絡互連構(gòu)成了高層次簇。高層次簇通過局部互連可以構(gòu)成更高層次的計算簇，從而形成層次化結(jié)構(gòu)計算簇。我們提出的陣列處理器和靜態(tài)的數(shù)據(jù)流處理器結(jié)構(gòu)十分類似，在微觀上是ー個靜態(tài)的流處理器，在宏觀上是ー個動態(tài)的流處理器。但是，通過采用可重配置的硬連線和可重構(gòu)的運算器，克服了傳統(tǒng)流處理器效率不高的不足。
權(quán)利要求
1.提出了的ー種新型陣列處理器基本運算單元結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括ー個算術運算符、兩個輸入選擇器、兩個輸入寄存器、一個扇出控制器和四個可配置的緩存器。圖I所示的結(jié)構(gòu)中，通過改變配置寄存器實現(xiàn)對運算單元的重構(gòu)和編程?；具\算單元可以實現(xiàn)算術運算操作、比較操作、移位操作、轉(zhuǎn)換操作、邏輯操作和其它的專用操作。精心選擇了適合視頻后處理和其它數(shù)字信號處理應用的操作。這些操作組合成運算符，算木和邏輯運算符通過編程實現(xiàn)大規(guī)模并行計算。
2.運算符組合成如圖2所示的計算簇。同一簇中的運算符通過級聯(lián)可以實現(xiàn)更復雜的 功能。運算符組成的簇是通過交換網(wǎng)絡互連的。在這個結(jié)構(gòu)中，多個低層次簇通過網(wǎng)絡互連構(gòu)成了高層次簇。高層次簇通過局部互連構(gòu)成更高層次的計算簇，從而形成層次化結(jié)構(gòu)計算簇。多層次計算簇和交換網(wǎng)絡構(gòu)成了動態(tài)可重構(gòu)的陣列處理器。
3.姆個基本的計算簇包括9個運算單元,8個這樣的基本簇和ー些存儲bank通過局部網(wǎng)絡連接組成低層次的計算簇，如圖4所示。典型的存儲bank是8-12位寬，256-2048位深。圖4所示的結(jié)構(gòu)中也可以通過配置簇內(nèi)的互連網(wǎng)絡實現(xiàn)計算簇層次的重構(gòu)和編程。
全文摘要
一種新型陣列視頻信號處理器中處理單元的結(jié)構(gòu)，包括一個算術運算符、兩個輸入選擇器、兩個輸入寄存器、一個扇出控制器和四個可配置的緩存器?；具\算單元可以實現(xiàn)算術運算操作、比較操作、移位操作、轉(zhuǎn)換操作、邏輯操作和其它的專用操作。這些操作可以組合成運算符，算術和邏輯運算符可以通過編程實現(xiàn)大規(guī)模并行計算。每個運算符都可以進行一些簡單的操作，運算符可以進一步組成計算簇，同一計算簇中的運算符通過級聯(lián)可以實現(xiàn)更復雜的功能。使處理器既具有ASIC高性能、低功耗、低成本的優(yōu)勢，又具有可編程DSP設計開發(fā)靈活、開發(fā)周期短的優(yōu)勢。
文檔編號H04N5/14GK102651797SQ20111004653
公開日2012年8月29日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者劉鎮(zhèn)弢, 李濤, 杜慧敏, 蔣林, 韓俊剛 申請人:西安郵電學院