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研究生: 方毅瑋
Yi-Wei Fang
論文名稱: 兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算處理系統之軟/硬整合設計與實現
Hardware/Software Codesign and Implementation of a Two-stage Block-based Algorithmic Processing System for Circular Hough Transform
指導教授: 吳乾彌
Chen-Mie Wu
口試委員: 陳省隆
Hsing-Lung Chen
陳郁堂
Yie-Tarng Chen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電子工程系
Department of Electronic and Computer Engineering
論文出版年: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 127
中文關鍵詞: 圓形霍夫轉換軟硬體整合設計現場可程式化邏輯閘陣列
外文關鍵詞: Circular Hough Transform, Hardware / Software Codesign, Field-Programmable Gate Array
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  • 本論文係有關兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算處理系統之軟/硬體整合設計與實現,相關研究工作包含四大部分:
    第一部分係兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算法之軟體設計,在分析演算法特性並考量嵌入式系統記憶體資源的限制後,發展出兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算法,並以C語言撰寫程式來驗證其功能之正確性。
    第二部分為設計與實現兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算處理器,其包含控制單元、來源資料暫存模組、第二階段區塊座標產生模組、投票產生模組、投票模組以及尋找區域最大值模組,並將以上硬體設計整合於可程式化單晶片系統(System on a programmable chip, SOPC)中,以Altera FPGA(Field programmable gate array)開發板實現。
    第三部分為演算處理系統軟/硬體整合設計之實現與驗證,係使用NIOS II IDE(Integrated development environment)撰寫相關軟韌體程式,進行其功能之驗證與分析。
    第四部分則是進行演算處理器之效能評估。
    整體而言,本論文係以研究兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算法並設計與實現其演算處理系統為目標,同時將其實現於Altera FPGA開發板上,以比較並證實本論文所發展之演算法與硬體處理器有極佳的效能。


    This thesis is related to the hardware/software codesign and implementation of a two-stage block-based algorithmic processing system for the circular Hough transform. The related research work includes four parts:
    The first part is about the software design of a two-stage block-based circular Hough transform algorithm. After analyzing the property of the circular Hough transform algorithm and considering about the limited memory resources in the embedded systems, a two-stage block-based circular Hough transform algorithm has been developed. In this part, C language is used to write the program for verifying this proposed algorithm.
    The second part is to design and implement an algorithmic processor for the two-stage block-based circular Hough transform. The processor consists of a control unit, a source-data-buffer module, a coordinate-generator module, a votes-generator module, a voting module, and a local-max module. The custom hardware is integrated into a system on a programmable chip and implemented on the Altera FPGA development board.
    The third part is related to the implementation and verification of the hardware/software codesign for an algorithmic processing system. Here, with NIOS II IDE, driver and firmware programs are written to verify and analyze the functionality of the system.
    The fourth part is to evaluate the performance of the algorithmic processor.
    On the whole, the goal of this thesis is to do research on a two-stage block-based algorithm for the circular Hough transform and to design and implement an algorithmic processing system for it. Meanwhile, this algorithmic processing system has been implemented on an FPGA development board to compare and prove that the algorithm and hardware processor developed in this thesis have nice performance.

    第1章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究內容相關架構 3 1.3 論文組織及概觀 4 第2章 兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算處理系統軟/硬體整合設計之發展環境與驗證流程 5 2.1 SOPC-based軟/硬體整合設計簡介 5 2.2 GNU GCC軟體開發環境 7 2.2.1 Dev-C++ IDE 7 2.2.2 MinGW GNU GCC Win32編譯環境 7 2.3 Altera SOPC-based軟體開發環境 8 2.3.1 NIOS II IDE 8 2.4 Altera SOPC-based硬體開發環境 9 2.4.1 NIOS II嵌入式系統 9 2.4.1.1 NIOS II處理器 10 2.4.1.2 Avalon bus匯流排 11 2.4.2 Quartus II發展系統 14 2.4.2.1 Quartus II 14 2.4.2.2 SOPC Builder 15 2.4.2.3 ModelSim 16 2.4.3 Altera Stratix II FPGA開發板 17 2.5 兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算處理系統開發流程與驗證架構 18 2.5.1 兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算處理系統硬體開發流程 18 2.5.2 兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算處理系統軟體驗證架構 20 第3章 兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算法之相關軟體設計 21 3.1 圓形霍夫轉換演算法原理介紹 21 3.1.1 已知半徑圓形霍夫轉換 22 3.1.2 未知半徑圓形霍夫轉換 23 3.2 圓形霍夫轉換演算法之軟體設計與實現 25 3.2.1 圖形資料儲存方式與資料格式 26 3.2.2 圓形霍夫轉換之主程式結構 27 3.2.3 圓形霍夫轉換演算法軟體設計與驗證 28 3.2.3.1 檔案讀取副程式 28 3.2.3.2 前處理副程式 28 3.2.3.3 圓形霍夫轉換副程式 31 3.2.3.4 後處理副程式 35 3.2.3.5 輸出副程式 38 3.2.3.6 圓形霍夫轉換演算法軟體驗證與結果分析 39 3.3 兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算法之軟體設計與實現 44 3.3.1 兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算法之主程式結構 45 3.3.2 兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算副程式 47 3.3.2.1 第一階段區塊切割方式 49 3.3.2.2 第二階段區塊切割方式 51 3.3.2.3 兩階段區塊式演算法之圓形霍夫轉換 53 3.3.2.4 原始座標轉換 55 3.3.3 兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算法之後處理副程式 57 3.3.4 兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算法之軟體驗證 59 3.3.5 最大重疊程度判斷 63 第4章 兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算處理器之硬體設計 67 4.1 演算處理器之設計簡介 67 4.2 兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算處理器之系統架構設計 69 4.3 兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算處理器之記憶體設計 71 4.3.1 資料儲存格式 71 4.3.2 內部記憶體之硬體設計 71 4.4 兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算處理器之硬體設計與實現 75 4.4.1 演算處理器結構簡介 75 4.4.2 控制單元 78 4.4.3 來源資料暫存模組 80 4.4.4 第二階段區塊座標產生模組 85 4.4.5 投票產生模組 88 4.4.6 投票模組 94 4.4.7 尋找區域最大值模組 98 4.5 兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算處理系統之軟/硬體介面設計 101 4.5.1 硬體部分介面設計 101 4.5.2 軟韌體部分介面設計 102 第5章 兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算處理系統之功能驗證與效能測試 104 5.1 驗證與測試環境簡介 104 5.2 驗證與測試流程 105 5.3 兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算處理系統結果驗證 107 5.4 兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算處理系統之執行效能 119 5.4.1 軟體效能測試方法 119 5.4.2 軟/硬體整合設計效能測試方法 120 5.4.3 硬體設計之FPGA元件使用率 121 5.4.4 兩階段區塊式圓形霍夫轉換演算系統之效能比較 122 第6章 結論 124 參考文獻 125 作者簡介 127

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    無法下載圖示 全文公開日期 2023/01/25 (校內網路)
    全文公開日期 2028/01/25 (校外網路)
    全文公開日期 2028/01/25 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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