[發(fā)明專利]基于分布式存儲實現(xiàn)BRAM高效訪問的數(shù)據(jù)重映射策略

在審

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• 申請日: 2022-01-07
• 公開（公告）號: CN114356801A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 凌明;林慶德
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G06F12/10
• 分類號: G06F12/10;G06F15/78
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 秦秋星

本發(fā)明公開了一種基于分布式存儲實現(xiàn)BRAM高效訪問的數(shù)據(jù)重映射策略。本發(fā)明針對傳統(tǒng)N維線性索引訪問BRAM時讀寫端口受限而導(dǎo)致多讀/多寫效率低的問題，提出了一種基于BRAM拆分策略實現(xiàn)2^N?1個BRAM塊分布式存儲的優(yōu)化策略。該策略首先根據(jù)訪問BRAM地址的N維線性索引，將待存儲數(shù)據(jù)互不重復(fù)的映射到2^N?1個BRAM數(shù)據(jù)存儲塊中。并將原先訪問BRAM對應(yīng)地址的N維線性索引映射到訪問2^N?1個BRAM塊相應(yīng)數(shù)據(jù)的地址上，從而提升BRAM的訪問效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及FPGA中存儲器訪問的優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于分布式存儲實現(xiàn)雙端口BRAM單周期高效訪問的數(shù)據(jù)重映射策略。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場可編程陣列(FPGA)的邏輯門數(shù)量不斷提升。同時，F(xiàn)PGA的塊狀存儲器(Block RAM,BRAM)容量也隨之不斷上升，這意味著諸如三線性插值、雙線性插值以及3D-CNN等大量待訪問數(shù)據(jù)可以存放于BRAM之中來提升訪問速度從而達到提升系統(tǒng)性能的目的。但是，由于市面上所有FPGA的BRAM最多僅支持雙端口訪問的特性，這將會使得訪問多個數(shù)據(jù)時存在訪問沖突問題，需要將對多個數(shù)據(jù)的訪問分為多次訪問請求進行。因此，如何實現(xiàn)BRAM高效訪問成了提升系統(tǒng)性能的重要手段之一。

當(dāng)前，在基于FPGA的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)中有關(guān)BRAM訪問沖突的問題并沒有被重點關(guān)注，這意味著更長的訪問時間將會嚴(yán)重拖慢系統(tǒng)性能。學(xué)術(shù)界與工業(yè)界對于BRAM高效訪問的策略主要集中于兩個方面：復(fù)制BRAM與加入異或存儲區(qū)。針對復(fù)制BRAM策略而言，該方案雖然有效地實現(xiàn)了多端口讀寫，但是僅僅是將相同的數(shù)據(jù)復(fù)制多份存儲在BRAM當(dāng)中，這無疑將造成大量存儲空間的浪費；此外，當(dāng)所需訪問端口數(shù)增加以及所存儲數(shù)據(jù)量提升時，BRAM存儲空間將會被快速消耗殆盡。針對加入異或存儲區(qū)而言，該方案將數(shù)據(jù)分成4個數(shù)據(jù)區(qū)，每個數(shù)據(jù)區(qū)存放n個數(shù)據(jù)，并增加一個異或數(shù)據(jù)區(qū)，該數(shù)據(jù)區(qū)的值由4個數(shù)據(jù)區(qū)對應(yīng)位置異或得出。該方案雖然僅增加了一個異或數(shù)據(jù)區(qū)實現(xiàn)多端口讀寫，但隨著單周期所需訪問數(shù)據(jù)量提升時也不可避免地出現(xiàn)訪問沖突問題；同時，增加的異或數(shù)據(jù)區(qū)將會造成關(guān)鍵路徑過長以及寫數(shù)據(jù)將無法在單周期內(nèi)完成，這無疑將造成系統(tǒng)性能的下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于分布式存儲實現(xiàn)BRAM高效訪問的數(shù)據(jù)重映射策略，用以解決背景技術(shù)中提及的多端口訪問BRAM沖突的問題，同時，該策略不會引入數(shù)據(jù)冗余從而節(jié)省BRAM資源。本發(fā)明面向一般的N維線性索引且單次訪問空間連續(xù)的BRAM存儲架構(gòu)，通過對BRAM存儲空間進行重映射，在存儲密度不變的前提下提升BRAM訪問效率。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案：

一種基于分布式存儲實現(xiàn)BRAM高效訪問的數(shù)據(jù)重映射策略，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟S1、判斷當(dāng)前原始數(shù)據(jù)存儲表是否通過N維線性索引進行訪問，如數(shù)據(jù)離散地排布于一維直線、二維矩陣或三維立方體等中。一般地，地址訪問符合Addr＝x_n+a₀*(x_n-1+a₁*(x_n-2+a₂*(x_n-3+a₃*(…))))；