[發(fā)明專利]SLAM運(yùn)算裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811529557.9
• 申請(qǐng)日: 2016-11-03
• 公開（公告）號(hào): CN109634905B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳云霽;杜子?xùn)|;張磊;陳天石
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中科寒武紀(jì)科技股份有限公司
• 主分類號(hào): G06F15/16
• 分類號(hào): G06F15/16
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強(qiáng)

一種SLAM硬件加速器的裝置，向量運(yùn)算單元，所述向量運(yùn)算單元包括多個(gè)向量運(yùn)算部件VPE，用于將待運(yùn)算數(shù)據(jù)集分別輸入到所述多個(gè)向量運(yùn)算部件中的每個(gè)向量運(yùn)算部件中，所述每個(gè)向量部件對(duì)輸入的待運(yùn)算數(shù)據(jù)集執(zhí)行乘法運(yùn)算和加法運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果；寄存器單元，用于存儲(chǔ)乘法運(yùn)算和加法運(yùn)算的運(yùn)算結(jié)果。本發(fā)明的裝置和方法能夠有效根據(jù)不同的需求對(duì)算法進(jìn)行加速，滿足不同需求的運(yùn)算，具有靈活性強(qiáng)、可配置程度高、運(yùn)算速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種SLAM(simultaneous Localization and Mapping，即時(shí)定位與建圖)運(yùn)算裝置和方法，用于根據(jù)不同需求對(duì)SLAM算法的運(yùn)算進(jìn)行加速。

背景技術(shù)

在未知的環(huán)境中自主導(dǎo)航是移動(dòng)機(jī)器人(例如無(wú)人地面和空中載具等)的一個(gè)基本能力。SLAM任務(wù)中即時(shí)定位與建圖的定位主要完成機(jī)器人的位置在地圖中的確定工作，建圖的主要任務(wù)是是機(jī)器人根據(jù)環(huán)境建立對(duì)應(yīng)環(huán)境的地圖。在缺乏位置環(huán)境初始地圖的情況下這就需要機(jī)器人能夠?qū)崟r(shí)地構(gòu)建地圖并且利用地圖完成自身的定位，完成這項(xiàng)任務(wù)所需要的SLAM算法隨之產(chǎn)生。然而在移動(dòng)機(jī)器人有限的計(jì)算能力和嚴(yán)格的功耗要求下精確地實(shí)現(xiàn)SLAM算法是現(xiàn)實(shí)中所面臨的最大問(wèn)題之一。首先，SLAM算法因?yàn)橛袑?shí)時(shí)性的要求因而需要極高的運(yùn)算速度來(lái)完成類似幀與幀間短時(shí)間的大量運(yùn)算，其次SLAM算法由于受到移動(dòng)機(jī)器人的限制對(duì)功耗有著苛刻的要求，最后SLAM算法種類眾多運(yùn)算類型較廣，因此設(shè)計(jì)的加速器需要支持各種類型的SLAM算法。

在現(xiàn)有技術(shù)中，一種實(shí)現(xiàn)SLAM算法的方式是直接在通用處理器(CPU)上進(jìn)行運(yùn)算，該方法的缺點(diǎn)之一是單個(gè)通用處理器的運(yùn)算性能較低，無(wú)法滿足常見(jiàn)SLAM運(yùn)算實(shí)時(shí)性需求。而多個(gè)通用處理器并行執(zhí)行時(shí)，通用處理器之間相互通信又成為了性能瓶頸。

另一種實(shí)現(xiàn)SLAM算法的方式是在圖形處理器(GPU)上進(jìn)行運(yùn)算，這種方法通過(guò)使用通用寄存器堆和通用流處理單元執(zhí)行通用SIMD指令來(lái)支持上述算法。雖然該方法是專門用來(lái)執(zhí)行圖形圖像運(yùn)算的設(shè)備，但是由于SLAM算法運(yùn)算的復(fù)雜性，該方法并不能夠很好的支持其后續(xù)運(yùn)算，也就是無(wú)法對(duì)SLAM算法的整體運(yùn)算進(jìn)行有效加速。同時(shí)，GPU片上緩存太小，更無(wú)法滿足大量的SLAM算法的運(yùn)算需求。此外，由于在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中，將CPU或GPU等類似的結(jié)構(gòu)移植到機(jī)器人上是一件比較困難的事情，所以，尚且沒(méi)有一款實(shí)用性強(qiáng)、靈活性高的專用SLAM硬件加速器結(jié)構(gòu)。我們?cè)O(shè)計(jì)的裝置是一款符合要求的專用SLAM硬件加速器，對(duì)應(yīng)的我們?cè)O(shè)計(jì)了這套裝置的方法，它可以被設(shè)計(jì)成專用芯片、嵌入式芯片等硬件，從而可以應(yīng)用到機(jī)器人、計(jì)算機(jī)、手機(jī)等應(yīng)用中。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的目的在于，提供一種SLAM硬件加速器的裝置和方法。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種SLAM硬件加速器的裝置，包括：

存儲(chǔ)部分，用于存儲(chǔ)輸入數(shù)據(jù)、臨時(shí)運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)、最終運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)、運(yùn)算過(guò)程所需的指令集和/或算法參數(shù)數(shù)據(jù)；

運(yùn)算部分，與所述存儲(chǔ)部分連接，用于完成對(duì)SLAM相關(guān)算法和應(yīng)用的計(jì)算；

控制部分，連接所述存儲(chǔ)部分和運(yùn)算部分，用于控制和協(xié)調(diào)存儲(chǔ)部分和運(yùn)算部分。

優(yōu)選的，所述存儲(chǔ)部分包括：

輸入存儲(chǔ)模塊：用于存儲(chǔ)輸入輸出數(shù)據(jù)；

中間結(jié)果存儲(chǔ)模塊：用于存儲(chǔ)中間運(yùn)算結(jié)果；

最終結(jié)果存儲(chǔ)模塊：用于存儲(chǔ)最終運(yùn)算結(jié)果；

指令存儲(chǔ)模塊：用于存儲(chǔ)運(yùn)算過(guò)程所需的指令集；和/或

緩沖存儲(chǔ)模塊：用于數(shù)據(jù)的緩沖存儲(chǔ)。

優(yōu)選的，所述運(yùn)算部分包括：