High-level-synthesis Του Αλγορίθμου Όρασης Υπολογιστών Harris Σε Fpga

Abstract

Οι αλγόριθμοι Όρασης Υπολογιστών γίνονται ολοένα και περισσότεροδημοφιλείς σε σημερινές εφαρμογές. Συνήθως,εισάγουν σημαντικό φόρτοεργασίας στις εφαρμογές,εξαιτίας της αυξημένης πολυπλοκότητάς τους αλλά καιτου τεράστιου μεγέθους των δεδομένων που χρησιμοποιούν. Γι'αυτό,δενεκτελούνται αποτελεσματικά από μονάδες γενικού σκοπού. Αντιθέτως,υλοποιούνται ικανοποιητικά από ειδικού σκοπού υλικό(FPGA ή ASIC) για ναβελτιστοποιηθεί η απόδοσή τους.Σε αυτή τη διπλωματική εργασία,ασχολούμαστε με τον αλγόριθμοανίχνευσης γωνιών των Harris & Stephens. Σκοπός μας είναι να παράσχουμε μίαsoftware λύση στο ζήτημα της υλοποίησης του αλγορίθμου σεFPGA,χρησιμοποιώντας το εργαλείο Vivado High-Level Synthesis της εταιρείαςXilinx. Αφού περάσουμε με επιτυχία την διαδικασία σύνθεσης και παράξουμε τηνπεριργαφή επιπέδου καταχωρητή,ξεκινάμε να εισάγουμε ορισμένεςβελτιστοποιήσεις,ώστε να επιτύχουμε υψηλότερες επιδόσεις.Τελικά,εκμεταλλευόμενοι τις διαδικασίες βελτιστοποίησης του Vivado HLSσημειώσαμε μεγάλη επιτυχία μειώνοντας το χρόνο εκτέλεσης,αυξάνοντας τηναπόδοση και χρησιμοποιώντας λιγότερη μνήμη. Η συσκευή στην οποίαστοχεύεται η υλοποίηση και με βάση την οποία πήραμε μετρήσεις είναι η πλακέταKintex-7 της Xilinx.Τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας παρουσιάστηκαν στο συνέδριοHiPEAC 2015,Workshop in Recofigurable Computing (WRC) inAmsterdam,2015(https://www.hipeac.org/2015/amsterdam/schedule/#wshop)''A Framework for Rapid System-Level Synthesis Targeting toReconfigurable Platforms :A Computer Vision Study '',DionysiosDiamantopoulos, Ioannis Galanis, Kostas Siozios, George Economakos, and Dimitrios Soudris.Το κείμενο της διπλωματικής οργανώνεται ως εξής:Στο Κεφάλαιο 1 υπάρχει η εισαγωγή στα FPGA και γίνεται ειδική αναφορά στονειδικό τρόπο προγραμματισμού του.Στο Κεφάλαιο 2 αναλύεται ο επιστημονικός κλάδος της ΌρασηςΥπολογιστών,καθώς και η σχέση του με τα FPGA.Ακολούθως στο Κεφάλαιο 3 ,παρουσιάζουμε τον αλγόριθμο ανίχνευσης γωνιώνHarris. Αρχικά,εξηγούμε τον τρόπο λειτουργίας του,δίνοντας λεπτομέριες για τιςβασικές του συναρτήσεις. Στη συνέχεια κάνουμε μία γενική εκτίμηση τωναναγκών μνήμης του αλγορίθμου,χρησιμοποιώντας το εργαλείο valgrind.Στο Κεφάλαιο 4 περιγράφονται οι μετασχηματισμοί που ήταν απαραίτητο ναγίνουν ώστε η υλοποίηση να μπορεί να περάσει από τη διαδικάσια της σύνθεσης.Στη συνέχεια,αναλύεται η στρατηγική σχεδιασμού καθώς παρουσιάζονταιαναλυτικά οι βελτιστοποιήσεις που έγιναν. Επόμενα,στο κεφάλαιο 5 συνοψίζονταιτα επιτέυγματα που αφορούν τη βελτίωση της απόδοσης της υλοποίησης τουαλγορίθμου(χρόνος εκτέλεσης,μνήμη διεκπαιρεωτική ικανότητα-throuhgput) καιτη εξοικονόμηση της χρήσης των διαθέσιμων πόρων. Τέλος,στο κεφάλαιο 6παραθέτουμε τις μελλοντικές κατευθύνσεις της επιστημονικής έρευνας με βάσητις τελευταίες τάσεις στον κλάδο των Συστημάτων σε Ψηφίδα(System on Chip -SoC).