專利名稱：片上系統(tǒng)構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種片上系統(tǒng)構(gòu)建方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著計算機技術(shù)的日益普及和人們對安全驗證的廣泛需求，人臉識別技術(shù)以其獨 有的不可替代性而得到極大的發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為身份驗證的重要手段。人臉 檢測是人臉識別的關(guān)鍵技術(shù)，由于其運算量大、運算復雜度高，所以人臉檢測大都應(yīng)用在PC 機與DSP上，算法是基于軟件實現(xiàn)，因此也僅能對代碼進行軟件優(yōu)化，而無法實現(xiàn)對硬件的 優(yōu)化，如此極大地制約了人臉識別技術(shù)的發(fā)展，致使其難以在各類嵌入式設(shè)備中快速有效的 運行。
因此，如何解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點實已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種片上系統(tǒng)構(gòu)建方法，以提高系統(tǒng)的運行速度，降低系統(tǒng)的體 積及功耗。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供的片上系統(tǒng)構(gòu)建方法包括步驟1)根據(jù)實際要完成的功 能開發(fā)設(shè)計相應(yīng)的運行程序，并對所述程序進行性能評測，以找出所述程序中耗時超過預設(shè) 值的運算部分；2)根據(jù)所設(shè)計的運行程序初步構(gòu)建一片上系統(tǒng)，并對所述片上系統(tǒng)進行初步 調(diào)試，所述片上系統(tǒng)包括處理器及相應(yīng)必要的外圍設(shè)備；3)根據(jù)性能評測結(jié)果在所述片上系 統(tǒng)中添加相應(yīng)加速模塊，并使所述加速模塊通過總線與所述片上系統(tǒng)的處理器進行數(shù)據(jù)通訊， 其中，所述加速模塊能對所設(shè)計的運行程序中耗時超過預設(shè)值的運算部分進行輔助處理以提 高片上系統(tǒng)的運行速度；4)驗證所添加的加速模塊的功能以確定其功能的正確性；5)將所 設(shè)計的運行程序載入己添加有通過驗證的加速模塊的片上系統(tǒng)中，對所述片上系統(tǒng)對進行整 體性能調(diào)試及評測以進一步優(yōu)化所述片上系統(tǒng)。
其中，所述加速模塊可通過快速單向鏈路(FSL)總線與所述片上系統(tǒng)的處理器進行數(shù)據(jù) 通訊，構(gòu)建的片上系統(tǒng)可為基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的人臉檢測的系統(tǒng)，所述處理器 可為Microblaze處理器。
本發(fā)明提出的片上系統(tǒng)在構(gòu)建時通過對運行程序的性能評測以添加相應(yīng)的加速模塊，可以實現(xiàn)對整個硬件平臺進行優(yōu)化配置，在系統(tǒng)中對于特定運算進行硬件加速，如此可有效提 高構(gòu)建的片上系統(tǒng)的運行速度，同時其具有體積小、功耗低等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明的片上系統(tǒng)構(gòu)建方法的操作步驟流程圖。
圖2為本發(fā)明的片上系統(tǒng)構(gòu)建方法所構(gòu)建的片上系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的片上系統(tǒng)構(gòu)建方法所構(gòu)建的片上系統(tǒng)的人臉檢測程序的檢測過程示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖l，本發(fā)明的片上系統(tǒng)構(gòu)建方法主要包括以下步驟-
第一步根據(jù)實際要完成的功能開發(fā)設(shè)計相應(yīng)的運行程序，并對所述程序進行性能評測，以 找出所述程序中耗時超過預設(shè)值的運算部分，例如，當需要完成一人臉檢測功能時，開發(fā)者 設(shè)計一人臉檢測程序，然后由性能評測工具對人臉檢測程序進行算法的功能驗證，同時評測 工具對整個人臉檢測程序進行性能評測，找出算法中較為耗時的運算作為硬件加速的依據(jù)， 性能評測工具還會給出人臉檢測程序中各個子函數(shù)被調(diào)用次數(shù)以及運行時間，開發(fā)者可以根 據(jù)評測結(jié)果對函數(shù)進行研究，最終確定需要進行硬件加速的運算。
第二步根據(jù)所設(shè)計的運行程序初步構(gòu)建一片上系統(tǒng)(SoC)，所述片上系統(tǒng)包括處理器及相 應(yīng)必要的外圍設(shè)備，通常在初步建構(gòu)時包括兩大部分，即處理器配置與外圍設(shè)備接口配置兩 部分，在處理器配置階段，可配置的單元包括桶形移位器、浮點運算單元、硬件除法器、 指令與數(shù)據(jù)緩存器(Cache)等，可以根據(jù)開發(fā)者對片上系統(tǒng)的要求來進行配置，在外圍設(shè)備 配置階段，如果在程序調(diào)試過程中用到串口，那么需要選擇串口，在外圍設(shè)備接口配置階段， 除了串口，開發(fā)者還可根據(jù)自己的需要配置其他單元，例如，網(wǎng)絡(luò)模塊、外部存儲器模塊， Block Ram模塊等，請參見圖2，整個SoC硬件系統(tǒng)初步構(gòu)建完成之后，包括一 Microblaze 處理器、在所述Microblaze處理器左側(cè)連接的一個快速存取的存儲器(Bram)，兩者通過局 部存儲器總線(Local Memory Bus)連接，所述Bram的大小可以由開發(fā)者指定，所述Microblaze 處理器右側(cè)連接指令緩存器(I- Cache Bram)與數(shù)據(jù)緩存器(D-Cache Bram)，對于是否采 用Cache以及Cache大小可以由開發(fā)者指定，所述Microblaze處理器與其他一些外圍設(shè)備， 例如網(wǎng)口、其他外圍設(shè)備，分別連接到片上外圍總線(0PB)總線，對于其他外圍設(shè)備，開 發(fā)者可以根據(jù)自己設(shè)計的系統(tǒng)要求來選擇，例如可包括網(wǎng)口 (UART)、存儲器控制器、外部
存儲器與串口等，而存儲器控制器可與片外存儲器相連接，由于0PB總線采用仲裁機制，所 以連接外部低速設(shè)備，此外，所述Microblaze處理器還可通過數(shù)據(jù)線(Cache Link)與靜態(tài) 隨機存儲器(SRAM)相連接，在對SoC硬件平臺初步構(gòu)建完成之后，需要對整個平臺與調(diào)試 系統(tǒng)進行初步的功能測試，主要方法是編寫一個較為簡單的應(yīng)用程序，并嘗試在SoC硬件平 臺上運行，在超級終端下觀察輸出結(jié)果正確與否，此與現(xiàn)有技術(shù)類似，在此不再詳述。
第三步根據(jù)性能評測結(jié)果在所述片上系統(tǒng)中添加相應(yīng)加速模塊，并使所述加速模塊通過總 線與所述片上系統(tǒng)的處理器進行數(shù)據(jù)通訊，其中，所述加速模塊能對所設(shè)計的運行程序中耗 時超過預設(shè)值的運算部分進行輔助處理以提高片上系統(tǒng)的運行速度，請參見圖2，在SoC硬件 系統(tǒng)中添加多個加速模塊作為Microblaze處理器的協(xié)處理單元，兩者通過FSL總線連接，在 掛接成功后，加速模塊只是生成了模塊接口而不執(zhí)行任何功能，所以，需要進行加速模塊的 功能設(shè)計，加速模塊的功能包括接收數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)三個基本狀態(tài)，對于人臉檢 測系統(tǒng)中的加速模塊，使用FSL總線與Microblaze處理器相連接，F(xiàn)SL實際上是一個深度可 配置的FIF0，每個FSL是單向傳輸，而加速模塊與Microblaze處理器需要進行數(shù)據(jù)的雙向傳 輸，所以，每個加速模塊通過兩條FSL與Microblaze處理器相連，兩者的數(shù)據(jù)交互過程可簡 單描述為Microblaze處理器把需要處理的數(shù)據(jù)依次送入FSL，加速模塊首先接收從 Microblaze處理器傳來的數(shù)據(jù)，之后進入處理狀態(tài)，在數(shù)據(jù)處理結(jié)束后，加速模塊把計算結(jié) 果依次送回Microblaze處理器。
第四步在對加速模塊設(shè)計結(jié)束之后，需要首先驗證加速模塊功能的正確性，具體方法為編 寫簡單應(yīng)用程序，通過Microblaze處理器向加速模塊送入數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理通過串口觀察模塊 輸出數(shù)據(jù)，以確定加速模塊功能的正確性。
第五步將所設(shè)計的運行程序載入已添加有通過驗證的加速模塊的片上系統(tǒng)中，對所述片 上系統(tǒng)對進行整體性能調(diào)試及評測以進一步優(yōu)化所述片上系統(tǒng)，在確認加速模塊功能正確后， 需要在人臉檢測程序中使用加速模塊來完成特定的功能，在這一步不僅需要驗證人臉檢測程 序在使用了加速模塊后的功能正確性，還需要對整個系統(tǒng)的性能進行評估，以確定進一步的 優(yōu)化方案，請參見圖3，其為人臉檢測程序的檢測過程示意圖，所述片上系統(tǒng)啟動后首先進行 初始化即載入人臉檢測程序，之后加載待檢測圖片與分類器，在對待檢測圖片進行檢測之前， 人臉檢測程序需要對圖片進行預處理，主要包括積分圖的計算，之后進入檢測階段，檢測過 程是通過檢測子窗口對圖片的遍歷來完成的，為適應(yīng)不同大小的人臉，檢測窗口需要不斷放 大，直至窗口大小達到預設(shè)的終止條件后，再最后經(jīng)過去除人臉重復區(qū)域的處理后輸出，由
性能評測工具對基于FPGA的人臉檢測片上系統(tǒng)整體性能的檢測后，相對于純軟件的實現(xiàn)，圖 像的檢測速度由原來的llfps提高到18fps，待檢測圖片選用CIF格式圖片，系統(tǒng)不僅對于正 面人臉檢測效果好，對15°內(nèi)的俯仰、側(cè)向旋轉(zhuǎn)以及遮擋和閉眼等多種姿態(tài)下的人臉檢測效 果也較好。
綜上所述，本發(fā)明的片上系統(tǒng)構(gòu)建方法在構(gòu)建時通過對運行程序的性能評測以添加相應(yīng)的 加速模塊，克服了目前的人臉檢測系統(tǒng)在設(shè)計過程中只能對代碼進行軟件優(yōu)化的缺點，可以 同時對整個硬件平臺進行配置，其中包括對處理器本身與外圍設(shè)備接口的配置，更重要的是， 可以針對人臉檢測算法的特點，在系統(tǒng)中對于特定運算進行硬件加速，如此可有效提高構(gòu)建 的片上系統(tǒng)的運行速度，同時其具有體積小、功耗低等優(yōu)點，進而可使人臉檢測方法被應(yīng)用 于嵌入式設(shè)備中，例如數(shù)碼相機、玩具、門禁系統(tǒng)等場合，滿足當今市場發(fā)展的需求，為企 業(yè)帶來更多的發(fā)展機遇。
權(quán)利要求
1.一種片上系統(tǒng)構(gòu)建方法，其特征在于包括步驟1)根據(jù)實際要完成的功能開發(fā)設(shè)計相應(yīng)的運行程序，并對所述程序進行性能評測，以找出所述程序中耗時超過預設(shè)值的運算部分；2)根據(jù)所設(shè)計的運行程序初步構(gòu)建一片上系統(tǒng)，并對所述片上系統(tǒng)進行初步調(diào)試，所述片上系統(tǒng)包括處理器及相應(yīng)必要的外圍設(shè)備；3)根據(jù)性能評測結(jié)果在所述片上系統(tǒng)中添加相應(yīng)加速模塊，并使所述加速模塊通過總線與所述片上系統(tǒng)的處理器進行數(shù)據(jù)通訊，其中，所述加速模塊能對所設(shè)計的運行程序中耗時超過預設(shè)值的運算部分進行輔助處理以提高片上系統(tǒng)的運行速度；4)驗證所添加的加速模塊的功能以確定其功能的正確性；5)將所設(shè)計的運行程序載入已添加有通過驗證的加速模塊的片上系統(tǒng)中，并對所述片上系統(tǒng)進行整體性能調(diào)試及評測以進一步優(yōu)化所述片上系統(tǒng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的片上系統(tǒng)構(gòu)建方法，其特征在于所述加速模塊通過快速單向鏈 路總線與所述片上系統(tǒng)的處理器進行數(shù)據(jù)通訊。
3. 如權(quán)利要求1所述的片上系統(tǒng)構(gòu)建方法，其特征在于構(gòu)建的片上系統(tǒng)為基于現(xiàn)場可 編程門陣列的人臉檢測的系統(tǒng)。
4. 如權(quán)利要求1所述的片上系統(tǒng)構(gòu)建方法，其特征在于所述處理器為Microblaze處 理器。
全文摘要
一種片上系統(tǒng)構(gòu)建方法，首先根據(jù)實際要完成的功能開發(fā)設(shè)計相應(yīng)的運行程序，并對所述程序進行性能評測，接著根據(jù)所設(shè)計的運行程序初步構(gòu)建一包括處理器及與相應(yīng)必要的外圍設(shè)備的片上系統(tǒng)，并對所述片上系統(tǒng)進行初步調(diào)試，然后再根據(jù)性能評測結(jié)果在所述片上系統(tǒng)中添加相應(yīng)加速模塊，并使所述加速模塊通過總線與所述片上系統(tǒng)的處理器進行數(shù)據(jù)通訊，在驗證了所添加的加速模塊的功能后，將所設(shè)計的運行程序載入片上系統(tǒng)中，并對所述片上系統(tǒng)進行整體性能調(diào)試及評測，如此可以實現(xiàn)對整個硬件平臺進行優(yōu)化配置，而在系統(tǒng)中對于特定運算進行硬件加速，可有效提高構(gòu)建的片上系統(tǒng)的運行速度，同時其具有體積小、功耗低等優(yōu)點。
文檔編號G06K9/00GK101364258SQ200710044750
公開日2009年2月11日 申請日期2007年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月9日
發(fā)明者煒 孫, 青 張, 峰 趙 申請人:上海銀晨智能識別科技有限公司