[發明專利]基于Zynq開發平臺構建LS-SVM模型的加速計算片上系統在審
| 申請號: | 201510245952.4 | 申請日: | 2015-05-14 |
| 公開(公告)號: | CN104850529A | 公開(公告)日: | 2015-08-19 |
| 發明(設計)人: | 王少軍;王曉璐;馬寧;劉大同;彭宇;彭喜元 | 申請(專利權)人: | 哈爾濱工業大學 |
| 主分類號: | G06F15/76 | 分類號: | G06F15/76 |
| 代理公司: | 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109 | 代理人: | 楊立超 |
| 地址: | 150001 黑龍*** | 國省代碼: | 黑龍江;23 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關鍵詞: | 基于 zynq 開發 平臺 構建 ls svm 模型 加速 計算 系統 | ||
技術領域
本發明涉及一種構建LS-SVM模型的加速計算片上系統。
背景技術
復雜系統的故障預測和健康管理獲得越來越多地重視,并廣泛應用于電子、汽車、航空航天、通信系統及圖像處理等領域。大量系統健康管理的研究工作證明,系統的狀態數據絕大多數是典型的時間序列,而機器學習算法是時間序列研究過程中應用的主要方法,LS-SVM作為機器學習的一種,廣泛應用于航空航天器系統的健康管理。
針對無人飛行器這種特殊的航天器系統,因受飛行條件、飛行空間的約束,不得不選取低功耗、體積小、重量輕的健康管理平臺,嵌入式平臺憑借自身的優勢可以滿足應用的需求。隨著片上系統SoC(System-on-a-chip)的發展,逐漸發展為異構多核處理器系統HMPSoC(Heterogeneous?Multi-core?Processor?SoC),應用這種系統結構完成嵌入式SoC上的高性能計算,不僅可以解決單片FPGA面對高計算復雜度算法存在的計算任務調度問題,同時,可以充分發揮通用處理器編程簡單、設計靈活的優勢。Zynq開發平臺是Xilinx公司推出的異構SoC平臺,它為嵌入式高性能計算研究提供了軟硬件協同設計的平臺。
目前,系統健康管理方面的研究較多的局限于算法的軟件實現和仿真,算法較慢的訓練速度限制了其在實際中的應用,因此必須開展算法的硬件加速計算研究。
目前在異構SoC?Zynq開發平臺上實現硬件加速的設計較少,并且沒有一種有效的基于Zynq開發平臺構建LS-SVM模型的加速計算片上系統。
發明內容
本發明為了解決目前還沒有一種有效的基于Zynq開發平臺構建LS-SVM模型的加速計算片上系統的問題。
基于Zynq開發平臺構建LS-SVM模型的加速計算片上系統,主要包括下述模塊:
DDR外部存儲模塊,用于存儲LS-SVM模型處理的原始數據、中間數據及最后結果;
處理器系統Processing?System模塊,簡稱PS模塊,用于對原始數據的預處理及實現LS-SVM模型中的核函數計算過程,形成核函數矩陣,并將正定對稱的核函數矩陣進行存儲;
可編程邏輯Programmable?Logic模塊,簡稱PL模塊,用于LS-SVM模型中線性方程組的求解,負責從DDR外部存儲模塊讀取正定對稱矩陣的值,進行矩陣分解并實現求逆過程,最終將喬里斯基分解得到的下三角陣存儲在DDR外部存儲模塊中,并根據分解得到的下三角陣求出LS-SVM模型系數;
AXI總線模塊,用于PS模塊與PL模塊之間的信息傳輸。
本發明充分發揮Zynq開發平臺異構的優勢,展開對LS-SVM加速計算方法,采用軟硬件協同設計技術,主要解決了異構SoC平臺上的計算任務劃分問題,同時,設計了基于Zynq?SoC的片上系統結構以及線性方程組求解的數據通路,將任務調度、核函數計算和模型預測由處理器系統Processing?System模塊實現;將數據預處理和線性方程組的求解由可編程邏輯Programmable?Logic模塊實現,主要在于可編程邏輯Programmable?Logic模塊可以進行大量的并行操作;最終,基于高層次綜合HLS開發方式實現LS-SVM模型的加速計算。
本發明的設計同時使用ARM處理器和可編程邏輯,充分發揮軟硬件各自的優勢,從而提高計算效率;同時,計算過程中的線性方程組的求解采用Submatrix-Cholesky分解方式,實現數據的規律訪存,并且數據傳輸過程采用DMA的傳輸方式,大大提高了數據的傳輸速度,從而使計算效率進一步提高,達到加速計算的目的。
本發明除完成異構SoC平臺上的加速計算設計外,通過合理的軟硬件劃分,并根據Submatrix-Cholesky分解方法設計了合理的數據通路,探索了一種在異構SoC架構下的軟硬件協同設計方法,為其他異構平臺下的開發設計提供參考和借鑒。
附圖說明
圖1為本發明原理示意圖。
具體實施方式
具體實施方式一:結合圖1說明本實施方式,基于Zynq開發平臺構建LS-SVM模型的加速計算片上系統,主要包括下述模塊:
DDR外部存儲模塊,用于存儲LS-SVM模型處理的原始數據、中間數據及最后結果;
處理器系統Processing?System模塊,簡稱PS模塊,用于對原始數據的預處理及實現LS-SVM模型中的核函數計算過程,形成核函數矩陣,并將正定對稱的核函數矩陣進行存儲;
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