标签: 脉动矩阵

一：定义 脉动阵列：数据流同步流过相邻的二维阵列单元的处理器结构，一般不同方向流过不同数据。如下图： 二维不同数据在同一时钟下依次输入每个处理单元，而后完成乘法并存在其寄存器中。 二：举例 三：设计 结构： 单个 PE 的代码 module pe(clk, reset, coeff, in_x, in_y, out_x, out_y); parameter size = 8; input                clk, reset; input                in_x, coeff; input        in_y; output              out_x; output      out_y; reg           out_y; reg                    out_x; always@(posedge clk)   begin    if(reset) begin      out_x = 0;      out_y = 0;      end    else begin      out_y = in_y + (in_x * coeff);      out_x = in_x;      end   end endmodule   四个 PE ，其余类推 //***** main **************************** module systolic(clk, reset, input_x, output_y); parameter    size = 8; input    clk, reset; input              input_x; output   output_y; wire                pe0_x, pe1_x, pe2_x, pe3_x;         wire       pe1_y, pe2_y, pe3_y; wire           h0 = 8'h01; wire           h1 = 8'h01; wire           h2 = 8'h01; wire           h3 = 8'h01; wire      pe4_y = 16'h0000;    pe pe_0(clk, reset, h0, input_x, pe1_y, pe0_x, output_y); pe pe_1(clk, reset, h1, pe0_x, pe2_y, pe1_x, pe1_y); pe pe_2(clk, reset, h2, pe1_x, pe3_y, pe2_x, pe2_y); pe pe_3(clk, reset, h3, pe2_x, pe4_y, pe3_x, pe3_y); endmodule

脉动阵列（ Systolic Array ）计算有限冲激响应（ FIR ） 综合软件 :QuartusII 12.1 仿真软件 :Modelsim-Altera FIR ：有限脉冲响应滤波器。有限说明其脉冲响应是有限的。   FIR 计算公式：   硬件实现结构：     4 阶 FIR 计算公式：         最小计算单元（ PE ）：乘加单元 + : adder   加法器 Î : multiplier 乘法器     R : register   寄存器 h i   : coefficient 系数       利用脉动阵列结构级联 PE ，来完成 4 阶 FIR 的计算：   注意： pe4_y=0; 数据流图：     注意： 1、   CLK 每隔一个时钟，输入一个 X 的值； 2、   T1 时刻以前，已经有过 2 个 CLK 令 x1 传递到 PE2 中； 3、   从 X1 进入后 CLK 的上升沿的输出的是 X1 点的 FIR 值，因为之前的计算中已经保留了后三项的乘积和； 4、   控制好输入 X 和时钟的流水，可以让整个硬件一直处于有效的流水输出状态。 5、   流水状态下，输入是隔一个时钟更新数据的，那么输出也是隔一个 CLK 有个一正确的输出。     计算单元中的两个寄存器值如下：（具体值，可以参照纸质笔记） 时序仿真图如下： 令四个系数都为 1 ，那么等价于，输出 Y 是当前输入 X 和之前的三个输入 X-1 ， X-2 ， X-3 之和。流水形成后，每个 X 输入下一个 CLK 上升沿总有对应的 Y 输出。 同时必须，每两个 CLK 输入一个新的 X 值。 也就是说，计算频率必须为输入频率的两倍。

脉动阵列（ Systolic Array ）计算矩阵乘法（ Array Multiplication ） 下一个目标是实现流水线输出，提升硬件资源的利用率。 脉动阵列 (Systolic Array) ：数据流同步流过相邻的二维阵列单元的处理器结构，一般不同方向流过不同数据。 结构： 矩阵计算： C 语言描述每个输出矩阵中的值： For I = 1 to N      For J = 1 to N           For K = 1 to N                C = C + A * B ; 运用 N x N processing units ，输入数据呈批次输入： 二维不同数据在同一时钟下依次输入每个处理单元，而后完成乘法并存在其寄存器中。     其中每个 PE （处理单元）结构如下： 是一个乘加单元   c=c+(a*b)   例子：计算两个３×３矩阵的乘积 结构：     在 CLK 驱动下的每一个步骤如下 : Clk1:   Clk2: Clk3: Clk4:          Clk5:     Clk6: Clk7: Clk8: 输出 功能仿真图： 在 start 上升沿到来后的第一个 CLK 上升沿开始计数 Count_start 高电平期间 Cout =1 时，准备 a11 和 b11; Cout =2 时，将数据打入寄存器，并计数出 a11*b11; Cout =3 时，计数 a11*b11+a12*b21 Cout =4 时，计数 a11*b11+a12*b21+a13*b31 Cout =5 时，用寄存器打一拍输出 Y11 。 其他类似。 时序仿真图： 连续运算，中间忘了将乘加单元寄存器清零的情况，功能仿真： 每次计算出结果后清零寄存器，修改后的功能仿真图： 数据在送入运算单元之前，采用寄存器打一拍，功能仿真图：       状态机便于实现控制。 状态机控制：功能仿真 时序仿真图：