实时专家系统计算机体系结构(连载)——第4章 系统仿真

4.1 模拟目标 第3章里谈到的硬件系统的仿真软件已开发出来,用于预测系统性能,研究系统部件的利用率。 可用不同的度量表示系统性能。常规系统一般用MIPS(每秒百万条指令)来度量性能。虽然这个度量标准能用于内部处理机,但它不能反映系统的整个性能。该系统不执行常规的指令集,而通过—个规则基进行推理,因此,较适合的性能度量方法是LIPS(每秒逻辑推理)。系统的处理速度通过仿真预测,并在各种运行条件下度量。     

一种基于DSP的雷达/电视视频图像压缩解压缩技术

在基于多媒体DSP处理器DM642并行处理平台上,提出一种雷达、电视视频图像压缩解压缩技术系统方案。采用多尺度小波分解技术和MPEG4压缩解压缩技术,分别对采样后的雷达视频、电视及红外视频数据压缩并分发到网络,由终端接收解压缩后融合实现多层多窗口综合显示。应用该方案可以实现舰载视频传感器和显控台以及武器系统的动态组合,提高装备的使用灵活性。     

多媒体会议系统中视频图像的组合

在多媒体会议系统中，同时显示多方会议参加者的动态图像，是提高现有的多媒体会议系统性能的重要方向之一。本文全面地讨论了多个视频图像的组合方式、策略和方法，提出了视频图像重迭级的概念和按视频图像重迭级组合图像的算法，从网络传输数据量和图像组合工作量两方面，分析比较了各种图像组合方式的性能。     

一种应用定制指令集可重构结构及FFT算法映射优化

现代无线通信应用对FFT计算吞吐率与灵活性需求越来越高,针对传统方案实现FFT计算时难以兼顾性能与灵活性的问题,提出一种应用定制指令集可重构结构ASRA,实现了FFT算法在该结构上的映射优化。ASRA在静态多发射处理器内紧耦合应用定制的混合粒度可重构硬件作为扩展功能单元簇,通过运行时重构动态切换扩展指令集。ASRA采用多体便笺存储器、多端口便笺管理单元及可重构互连构成片上缓存系统,结合多体并行访问、循环级乒乓交替、读/写流水化等技术有效提高了访存带宽;静态多发射和运行时语境管理机制支持核心循环的硬件自动流水执行和软流水执行,开发了指令级、数据级和循环级等多层次并行性。实验结果表明,ASRA大幅提升了FFT计算吞吐率,且支持的FFT计算参数更加灵活,而增加的面积开销相对较小。     

一种改进的自适应多媒体拥塞控制方法

在Internet中传输实时多媒体需要性能良好的拥塞控制机制来确保一定的服务质量。应用实时传输协议RTP的反馈报文的信息,开发了使用参数自适应变化的AIMD拥塞算法来消除拥塞,最终得到了一种改进的单播多媒体自适应拥塞控制算法。经OPNET网络仿真分析,在各种丢失率环境下,算法的发送速率平滑性等性能表现良好,较好地满足了网络多媒体的传输特性需求。     

流媒体

所谓流媒体 ,是指采用流式传输的方式在Ｉｎｔｅｒ ｎｅｔ播放的媒体格式 ,而流式传输则是将Ａ/Ｖ及 3Ｄ等多媒体文件 ,经过特殊的压缩分成一个个压缩包 ,由视频服务器向用户计算机连续、实时传送。在流式传输系统中 ,用户不必像下载式传输那样 ,等整个文件全部下载完毕 ,只需经过几秒或几十秒的启动延时 ,即可在用户计算机上利用解压设备 (硬件或软件 ) ,进行播放和观看。此时多媒体文件的剩余部分将在后台的服务器内继续下载 ,与单纯的下载方式相比 ,不仅使启动延时大幅度地缩短 ,而且对系统缓存容量的需求也大大降低。在流媒体技术中 ,首…     

实时流媒体传输中的差错控制与恢复技术

在Internet传送有一定的QoS保证的实时流媒体是多媒体应用的一个主要发展方向。但Internet上的数据传输时常出现丢包现象,不采取恢复措施,这必然导致视频质量的下降。如何提高视频传输质量,且保证它的实时性,是目前研究热点。以MPEG-4文件为视频流,研究了网络传输丢包对视频质量的影响,在此基础上提出了有选择地重传重要数据的恢复方法,来提高实时视频的图像质量;并根据RTP协议,提出CR-RTP协议,以对视频数据恢复重传的支持。     

基于FPGA的8051 IP核的设计与应用

采用VHDL语言改进实现了一个8051 IP核,嵌入FPGA并做了测试,测试表明,其中断、定时器、串口、I/O口均达到了实用的要求,指令集与标准8051芯片指令兼容。给出了8051核的结构框图和在FPGA中嵌入8051核的设计流程。基于该IP核,实现了对GDM 12864A图形点阵液晶的控制与显示,利用其串口实现了人机交互系统设计,最后对8051核与通用8051芯片在内部资源和指令执行速度等性能指标做了比较。     

基于运动一致性的视频对象分割方法研究

视频运动对象检测和分割是图像处理中最具挑战性的问题之一。针对目前大部分分割算法相当复杂而且计算量大的问题,提出了一种基于运动一致性的视频对象分割方法。该方法从MPEG压缩码流中提取运动矢量场来分割视频对象,首先对运动矢量场进行滤波和校正,然后进行全局运动补偿得到对象的绝对运动矢量场,最后采用K-means聚类算法对运动矢量场进行聚类分析从而分割出感兴趣的视频运动对象。MPEG标准测试序列的试验结果证明,该方法是有效的。     

基于多媒体技术的通用监测监控系统的设计与实现

利用多媒体有关技术,以Windows3．1为开发平台,采用VisualC＋＋和VFWDK开发工具,开发实现了集数据采集与控制、语音报警和对现场视频／音频信号进行实时捕获、存储和播放的通用监测监控系统。该系统可广泛应用于宾馆、仓库、金融、工业等部门。     

浅析小型史馆建筑内部展示造型与多媒体表现

作为现代展览展示建筑的一个发展分支，小型史馆就是一部精练的“物化”历史，表达出一个丰富而统一的信息传播展示空间。小型史馆的设计往往在有限的空间内，充分体现出观演类建筑的主要特点，其内部的展示造型设计和多媒体表现手段起到了重要的作用。主要从小型史馆建设出发，对其内部展示造型设计与多媒体表现手段进行分析与探讨，阐述了它们的设计手法及达到的视觉创意效果。     

GSVM:一种支持Gather/Scatter的向量存储器

宽单指令多数据流(Single Instruction Multiple Data, SIMD)架构数字信号处理器一般都能高效支持地址连续或等距跨步等规则应用的向量访存,但对于科学与工程计算中广泛存在的不规则应用的数据访存则带宽利用率往往较低,从而大幅降低了其整体运算能效。为了提高不规则应用的向量访存性能,基于某SIMD数字信号处理器的体系结构,设计了一种支持Gather/Scatter访存的向量存储器GSVM。通过设计与SIMD宽度相匹配的向量地址计算单元和合适深度的冲突缓冲器阵列,实现了Gather/Scatter指令向量地址计算、仲裁与缓存的全流水访存操作。实验结果表明,相比以前不支持Gather/Scatter访存的存储器,GSVM在增加22%的硬件代价基础上,基于稀疏矩阵向量乘的测试程序集获得了2～8的性能加速比。     

基于HLA的军事信息系统网仿真体系架构研究

分布式仿真系统的体系架构对于整个系统的功能实现和运行性能起着决定性的影响,为能充分利用仿真系统测试和评估军事信息系统网的性能,该文首先介绍了军事信息系统网(Military Information System Network:MISN)的组成和特点,并在分析基于数据库的仿真系统和基于HLA(高层体系架构)单联邦仿真系统局限性的基础上,得到了基于HLA的军事信息系统网分布式仿真多联邦体系框架,实现了联邦间功能转换所需的桥接联邦.该体系框架较好地完成了多通信网系的分布式交互仿真.     

Asymptotic analysis of periodic policies for the inventory routing problem

In this article, a distribution system is studied where the sum of transportation and inventory costs is to be minimized. The inventory holding cost is assumed to be the same for all retailers. A fixed partition (FP) periodic policy is proposed with tight asymptotic worst‐case performance of 3/2 with respect to the best possible policy. This bound cannot be improved in the class of FP periodic policies. In partition‐based PB policies, the retailers are first partitioned into sets and then the sets are grouped in such a way that sets of retailers within a group are served together at selected times. A PB periodic, policy is presented with tight worst‐case asymptotic performance of with respect to the best possible policy. This latter performance improves the worst‐case asymptotic performance of of the previously best known policy for this problem. We also show that the proposed PB periodic policy has the best worst‐case asymptotic performance within the class of PB policies. Finally, practical heuristics inspired by the analyzed policies are designed and tested. The asymptotic worst–case performances of the heuristics are shown to be the same of those of the analyzed policies. Computational results show that the heuristics suggested are less than 6.4% on average from a lower bound on the optimal cost when 50 or more retailers are involved. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Naval Research Logistics 00: 000–000, 2013     

基于 SBM的操作级并行处理算法研究

SBM是支持操作级并行的一种有效的同步机制。文中基于SBM对结点调度和barrier插入算法进行了深入的研究,提出了一套有效的开发操作级并行的方案。用一有向图G(N,A)表示指令之间的相关关系,并以结点的临界路径为关键字将结点从小到大进行排序。按照排序后的结点顺序,描述了一种分配算法,将结点分配给各处理机。同时,描述了相关结点之间的barrier插入算法。     

基于内外子区域划分的高阶精度CFD程序异构并行算法

对计算流体力学(CFD)程序CNS提出一种Offload模式下基于内外子区域划分的异构并行算法，结合结构化网格下有限差分计算和四阶龙格库塔方法的特点，引入ghost网格点区域，设计了一种ghost区域收缩计算策略，显著降低了异构计算资源之间的数据传输开销，负载均衡时CPU端的计算与MPI通信完全和加速器端的计算重叠，提高了异构协同并行性。推导了保证计算正确性的ghost区域的参数，分析了负载均衡的条件。在“CPU(Intel Haswell Xeon E5-2670 12 cores ×2)＋加速器(Xeon Phi 7120A ×2)”的服务器上测得该算法较直接将任务子块整体迁至加速器端计算的异构算法性能平均提升5.9倍，较MPI/OpenMP两级并行算法使用24个纯CPU核的性能，该算法使用单加速器时加速1.27倍，使用双加速器加速1.45倍。讨论和分析了性能瓶颈与存在的问题。     

高精度CFD程序的内外子区域划分异构并行算法

对计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)程序CNS提出一种Offload模式下对任务内外子区域划分的异构并行算法,结合结构化网格下有限差分计算和四阶龙格-库塔方法的特点,引入ghost网格点区域,设计了一种ghost区域收缩计算策略,显著降低了异构计算资源之间的数据传输开销,负载均衡时CPU端的计算与MPI通信完全和加速器端的计算重叠,提高了异构协同并行性。推导了保证计算正确性的ghost区域的参数,分析了负载均衡的条件。在"CPU(Intel Haswell Xeon E5-2670 12 cores×2)+加速器(Xeon Phi 7120A×2)"的服务器上测得该算法较直接将任务子块整体迁至加速器端计算的异构算法性能平均提升至5.9倍,较MPI/OpenMP两级并行算法使用24个纯CPU核的性能,该算法使用单加速器时加速至1.27倍,使用双加速器加速至1.45倍。讨论和分析了性能瓶颈与存在的问题。     

轻量级SpaceFibre节点高速传输系统的优化设计

为满足卫星有效载荷间SpaceFibre链路的高带宽、高可靠性和轻量化的应用需求,提出一种SpaceFibre节点传输系统的优化设计。该设计采用基于帧累计的增量化计算方法减少了计算电路的冗余;通过四级流水架构满足了错误检测操作的时序要求,使用循环冗余校验共享机制平衡了硬件资源的使用;采取基于完整应答的双层控制策略提升了系统的可靠性,通过构建面向资源优化的控制状态机和存储架构简化了确认重传算法的实现逻辑。使用型号为XC7Z100FFG900-2的FPGA搭建双节点系统,板级验证表明:该设计满足协议规范,与同类设计方案相比,最高工作频率提高1.5倍,支持最高6.25 Gbit/s的传输速率,查找表资源和存储资源降低,寄存器资源相近,为开发具有自主知识产权的高速可靠SpaceFibre编解码器提供了参考。     

面向图计算应用的处理器访存通路优化设计与实现

针对图计算应用的访存特点,提出并实现一种支持高并发、乱序和异步访存的高并发访存模块(High Concurrency and high Performance Fetcher, HCPF)。通过软-硬件协同的设计方法,HCPF可同时处理192条共8种类型的内存访问请求,且访存粒度可由用户定义,满足图计算应用对海量低延迟细粒度数据访问的需求。同时,HCPF扩展了基于内存语义的跨计算节点定制互连技术,支持远程内存的细粒度直接访问,为后续实现分布式图计算框架提供技术基础。结合上述两个核心研究内容,基于流水线RISC-V处理器核,设计并实现了可支持HCPF的RISC-V片上系统(System-on-Chip,SoC)架构,搭建基于FPGA的原型验证平台,并使用自研测试程序对HCPF进行初步性能评测。实验结果表明,HCPF相比原有访存通路,最高可将基于数组和随机地址的两种随机内存访问性能分别提升至3.5倍和2.7倍。远程内存直接访问4 Byte数据的延时仅为1.63μs。