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研究生: 翁智賢
Chih-hsien Weng
論文名稱: 影像處理演算處理器之軟/硬整合設計與實現
Hardware/Software Co-design and Implementation of Algorithmic Processors for Image Processing
指導教授: 吳乾彌
Chen-Mie Wu
口試委員: 陳省隆
Hsing-Lung Chen
張勝良
Sheng-Lyang Jang
陳漢宗
Hann-Tzong Chern
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: 2007
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 74
中文關鍵詞: 演算處理器影像處理
外文關鍵詞: image processing, algorithmic processor
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  • 本論文係有關影像處理演算處理器之軟硬體整合設計與驗證,相關研究工作包含四大部分:第一部份為中心與周界計算、移位、縮放、旋轉投影等演算法之軟體設計;第二部份為設計與實現上述演算法之硬體處理器;第三部份為編寫相關驅動程式以將演算處理器與驗證系統整合;第四部份為相關演算處理器之驗證與效能測試。
    整體而言,本論文係以設計與發展各種影像處理演算處理器為目標,並展示一種軟/硬整合設計之方法,以改善其設計與驗證流程之效率。


    This thesis is related to hardware/software co-design and verification of the algorithmic processors for image processing. The research work includes four parts. The first part is about software design of the image processing algorithms such as center and size finding, translation, scaling, rotation, and projection. The second part is to design and implement hardware processors for the algorithms mentioned above. The third part is to write the related drivers to integrate the algorithmic processors and the verification system together. The fourth part is about the verification and performance test of the related algorithmic processors.
    On the whole, the goal of this thesis is to design and develop various algorithmic processors for image processing. Meanwhile, a hardware/software co-design method is presented to improve the efficiency of both the design and verification flows.

    第一章 緒論1 1.1 研究背景與動機1 1.2 研究內容相關架構2 1.3 論文組織及概觀4 第二章 演算處理器軟硬整合設計之發展環境與驗證流程5 2.1 SOPC-based軟硬整合設計簡介5 2.2 SOPC-based軟體發展環境6 2.2.1 Linux6 2.2.2 CYGWIN7 2.2.3 IDE (Integrated Development Environment)8 2.2.4 SDK Shell8 2.3 SOPC-based 硬體發展環境9 2.3.1 NIOS II 嵌入式系統9 2.3.2 Quartus II SOPC發展系統11 2.3.3 Altera Stratix II FPGA研發板12 2.4 SOPC-based 演算處理器驗證架構與流程13 2.4.1 RPC-based 嵌入式軟體驗證架構與流程13 2.4.2 RPC-based 演算處理器驗證架構與流程14 第三章 影像處理演算法與Linux端軟體設計16 3.1 Linux端軟體設計簡介16 3.1.1 圖形資料儲存方式與資料格式18 3.1.2 相關演算法簡介與軟體設計19 3.2 中心與周界演算法20 3.2.1 圖形中心之計算21 3.2.2 圖形周界之計算21 3.3 移位演算法22 3.4 縮放演算法24 3.4.1 圖形之縮小24 3.4.2 圖形之放大26 3.5 旋轉投影演算法28 3.5.1 三度空間之旋轉矩陣30 3.5.2 二維圖形之三度空間旋轉及直角投影32 3.5.3 圖形旋轉後空點之偵測與填補33 第四章 演算處理器硬體與NIOS II端驅動程式之設計34 4.1 演算處理器硬體與驅動程式之設計簡介34 4.2 基本乘/除運算之硬體設計36 4.2.1 二補數Baugh-Wooley陣列乘法器37 4.2.2 非回存式除法器39 4.3 演算處理器硬體設計40 4.3.1 管線式與非管線式處理器結構簡介40 4.3.2 中心與周界計算處理器42 4.3.3 移位幾何轉換處理器44 4.3.4 縮放幾何轉換處理器47 4.3.5 旋轉投影幾何轉換處理器51 4.4 演算處理器之軟硬體介面設計55 4.4.1 控制/狀態暫存器之資料格式56 4.4.2 資料記憶體之儲存格式60 4.4.3 NIOS II端驅動程式設計61 4.5 效能評估62 4.5.1 非管線式演算處理器之效能62 4.5.2 管線式演算處理器之效能64 第五章 演算處理器之驗證與效能測試65 5.1 驗證與測試環境簡介65 5.2 圖形處理之驗證及測試66 5.2.1 圖形測試樣本簡介66 5.2.2 演算處理器之軟/硬整合驗證及測試67 5.3 軟/硬體效能測試69 5.3.1 軟/硬體效能測試簡介69 5.3.2 Linux端軟體執行效能70 5.3.3 非管線式架構之硬體執行效能70 5.3.4 管線式架構之硬體執行效能70 5.3.5 軟/硬體執行效能之比較71 第六章 結論72 參考文獻73

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