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利用FPGA来进行图像处理的优势

08/05 07:59
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本篇主要是讨论利用FPGA来进行图像处理的优势

ARM、DSP、51、CPU、FPGA等等可以被编程的芯片都可以用来进行图像处理。

什么是FPGA

FPGA本质上是一块“万能积木”:它是一块出厂后还能反复“改写”内部电路的芯片,你可以把它“烧”成任何一种你需要的专用数字电路

FPGA进行图像处理的优势

谈优势,其实就是和其他芯片(主要是指嵌入式类芯片)进行对比;

低延迟性(并行性):

不同于CPU靠逐条读指令来运算(无法实现大规模的并行计算,只能够一条一条指令进行执行,虽然速度较快,但是当计算比较复杂时,利用的时间就相对较长),FPGA是把算法直接变成硬件流水线(每一节拍都可以计算出一个结果)。例:Y = {[(X+3)*(X+3)*(X+3)]-6}/9 + 12。

CPU大概的计算过程如下:

给予一个X,需要N个周期才能够计算出来结果;如果同时给予K个X,那么还需要K*N个周期才能够计算出来结果。

如果利用FPGA来设计电路,那么电路如下:

设计成为流水线设计时,可以每一个周期计算一个输入,给出一个结果。虽然FPGA的速度没有嵌入式的晶振周期快,但是可以每个周期出一个结果,而嵌入式则需要N多个周期才能出一个结果。当N比较大时(也就是计算比较复杂时),FPGA的计算速度就会快很多(数据量也需要比较大呦)。

如果同时给予K个X,那么我们可以设计K个上述电路;此时,每个电路依然可以输出一个结果。此时FPGA的计算速度就更快了。

延迟的确定性:

FPGA设计出的电路时专用性的,因为电路时固定的,那么计算出结果的延迟性就是确定的。而对于CPU等来说,软件还需要处理一些其他必须的中断信息、任务切换等等,延迟就会变得不可预测(软件可能不仅仅处理图像,还承担着一定的其他任务;而FPGA承担其他任务时,也会其他的电路来承担,与图像处理的电路无关)。

卓越的能效比:

在功耗和散热受限的边缘设备上,FPGA优势明显。它能以极低的功耗完成海量计算。例如,某些低功耗FPGA在满载工作时,芯片表面功耗可低于500mW,这对无人机、手持热像仪等设备至关重要。

不是只有优势

FPGA的开发周期长、难度大、成本高(大批量时,设计为专用的ASIC更合适)。

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