3.1 利用XPS向?qū)нM行多核硬件系統(tǒng)設(shè)計

打開XPS 軟件后，首先利用Base System Builder向?qū)Ы⒁粋€單核系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上通過添加新的Micro-blaze 處理器軟核以及必要的內(nèi)存塊.數(shù)據(jù)指令控制器和相應(yīng)的外圍設(shè)備來完成多核系統(tǒng)的創(chuàng)建.有關(guān)基于BRAM的共享內(nèi)存機制已經(jīng)簡要的介紹過，這里不再重復(fù).整個系統(tǒng)的框架如圖2所示。

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硬件系統(tǒng)采用的總線機制為PLB總線，所有的Mi-croblaze均掛在這兩條總線上，并且以Microblaze0作為主處理器，其他用作從處理器.

設(shè)計中PLB總線的從設(shè)備主要是xps-uartlite,它作為系統(tǒng)的主要驗證手段，通過串口打印可以在PC機終端里輸出核間通信信息.LMB 總線則用于連接片上BRAM 和MB 的各個LMB 接口，實現(xiàn)了D/I LMB 端口與啟動內(nèi)存塊.數(shù)據(jù)/指令控制器的互連.

PLB 橋的作用是使得所有的處理器可以共享外圍設(shè)備，如串口RS 232等.

3.2 利用EDK套件進行多核軟件開發(fā)

在軟件開發(fā)過程中，一方面除了需要注意重要的宏定義以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計外，如在RGB2YCrCb處理中，為了在后續(xù)的代碼中對內(nèi)存進行操作，需要對這些內(nèi)存地址進行預(yù)先的宏定義以及設(shè)計有關(guān)BMP圖片信息頭的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和信息獲取函數(shù)；另一方面也要注意算法的設(shè)計.編譯與部署.具體算法的核心部分設(shè)計如下所述.

RGB2YCrCb的核心算法如下：

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4 硬件實現(xiàn)

4.1 測試所搭建的硬件系統(tǒng)的步驟

（1）點擊Hardware 下的Generate Bitstream 按鈕，生成配置FPGA所需要的比特流文件；
（2）將PC 機與Virtex-2 Pro 開發(fā)板正確連接，并且給開發(fā)板上電；
（3）打開超級終端或是Putty工具，設(shè)置正確的參數(shù)（如波特率.奇偶校驗位以及流控制位等），確保和創(chuàng)建硬件系統(tǒng)時的設(shè)置一致；
（4）點擊Device Configuration 下的Download Bit-stream進行比特流的下載配置；
（5）觀察終端中的打印信息，判斷是否和Tes-tapp_Memory.c文件中的一致.

4.2.1 圖像算法在單核上的執(zhí)行流程
（1）算法按照宏塊順序往下處理，先處理第一個宏塊；
（2）對第一個宏塊的前4個Y分量進行RGB2YCrCb處理，完成后對YCrCb結(jié)果做DCT（YMatrix,color）變換；
（3）對第一個宏塊的Cr 分量進行RGB2YCrCb 處理，完成后對YCrCb結(jié)果做DCT（CrMatrix,color）變換；
（4）對第一個宏塊的Cb 分量進行RGB2YCrCb 處理，完成后對YCrCb結(jié)果做DCT（CbMatrix,color）變換；
（5）返回到步驟（1）進行第二個宏塊的處理.

基于單核架構(gòu)的處理流程是一個串行執(zhí)行過程，體現(xiàn)在宏塊于宏塊之間是處于一種阻塞等待性的機制，換言之，只要宏塊0的任何一個分量（Y/Cr/Cb）沒有獨立處理且最終完全處理完畢后處理器都必須等待，而無法轉(zhuǎn)向宏塊1進行后續(xù)的處理.

4.2.2 下載比特流，配置FPGA
（1）正確連接好Virtex-2 Pro 開發(fā)板，并給板子上電；
（2）打開一個超級終端或是Putty工具，注意設(shè)置匹配的波特率.奇偶校驗位以及流控制位；
（3）對于需要運行的應(yīng)用程序，右單擊選中Markto Initialize BRAMs以初始化內(nèi)存塊；
（4）在Device Configuration 中點擊Download Bit-stream下載比特流，配置FPGA;
（5）修改shm.c文件中Trycount值（該值為一幅8 KB圖片進行循環(huán)處理的次數(shù)），然后重新編譯.下載并配置FPGA,統(tǒng)計每次處理完成的時間，并填寫表1.

4.3 多核執(zhí)行圖像處理算法以及時間測量

4.3.1 圖像算法在多核上的執(zhí)行流程
（1）算法仍以宏塊處理為單位，MB0先對第一個宏塊進行處理；
（2）MB0對第一個宏塊的4個Y分量進行RGB2Y變換，并將中間結(jié)果寫入內(nèi)存，作為MB1 進行DCT（YMa-trix,color）的輸入數(shù)據(jù)；
（3）MB1讀取顏色轉(zhuǎn)換后的Y 分量，對其進行DCT（YMatrix,color）；
（4）MB0在將Y分量寫入共享之后，立即開始Cr分量的RGB2Cr變換，并將Cr結(jié)果寫入共享作為MB1進行DCT（CrMatrix,color）變換的輸入數(shù)據(jù)；
（5）MB1讀取顏色轉(zhuǎn)換后的Cr 分量，對其進行DCT（CrMatrix,color）；
（6）MB0 在將Cr 分量寫入共享之后，立即開始Cb分量的RGB2Cb 變換，并將Cb 結(jié)果寫入共享作為MB1進行DCT（CbMatrix,color）變換的輸入數(shù)據(jù)；
（7）MB1讀取顏色轉(zhuǎn)換后的Cb 分量，對其進行DCT（CbMatrix,color）；
（8）MB0完成一個宏塊的處理之后不等待，即可返回步驟狀態(tài)進行第二個宏塊的處理，而MB1 則以MB0的處理過程循環(huán)往復(fù).

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