航天航空导航制导图像信息技术与系统研究丛书 图像处理ASIC设计方法 桑红石，袁雅婧 著 2019年版
- 资料名称：航天航空导航制导图像信息技术与系统研究丛书 图像处理ASIC设计方法 桑红石，袁雅婧 著 2019年版
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资料介绍
航天航空导航制导图像信息技术与系统研究丛书 图像处理ASIC设计方法
作者：桑红石，袁雅婧 著
出版时间： 2019年版
丛编项： 航天航空导航制导图像信息技术与系统研究丛书
内容简介
《图像处理ASIC设计方法/航天航空导航制导图像信息技术与系统研究丛书》涵盖的内容包括图像处理专用集成电路（application specific integrated circuit，ASIC）的设计流程简介、ASIC的一般架构和基本模块、图像处理ASIC设计中常见时序问题的解决方法，并给出了几种图像处理算法ASIC／SoC（system on chip，片上系统）的设计实例。《图像处理ASIC设计方法/航天航空导航制导图像信息技术与系统研究丛书》分为7章。第1章介绍ASIC的基本概念、各层次图像处理算法的特点及其分析、图像处理ASIC设计流程以及各环节应注意的问题。第2章介绍影响图像处理算法硬件实现效率的因素，即如何评判一种算法是否可以获得较好的硬件加速比，以及如何获得较好的硬件加速比，同时介绍了ASIC设计中常用的基本电路结构和电路模块的设计。第3章介绍了时序分析的概念，以及ASIC设计中经常被忽视的跨时钟域信号传输问题，该问题将影响电路工作的稳定性，并给出了解决跨时钟域传输的几种常用方法。第4章介绍了一种大模板卷积运算的实现，旨在通过该设计向读者说明如何开发数据的片上重用性，以及如何在硬件开销、数据通过率之间进行折中。第5章介绍图像旋转算法的硬件实现，旨在通过该设计向读者说明如何对算法继续面向硬件优化，使数据流符合硬件电路实现所要求的局部性和规则性的特点，以及如何对有限字长运算产生的误差进行仿真评估，并确定合理的字长。第6章介绍图像连通域标记和特征提取算法的硬件实现，旨在通过该设计向读者说明不适用于硬件加速的算法的特点，以及如何利用硬件电路提供的中间结果对这一类算法进行加速。该设计还可以作为复杂状态机的设计举例，帮助读者了解不同层次状态机之问信号的交互方式。第7章介绍红外焦平面非均匀性校正soc的设计，旨在通过该设计帮助读者了解片上系统的概念、组成和设计方法，了解通过软硬件协同实现较为复杂的系统功能的技术方案。《图像处理ASIC设计方法/航天航空导航制导图像信息技术与系统研究丛书》可供学习ASIC设计的研究生使用，也可为相关领域设计人员提供入门和进阶参考。
目录
第1章 ASIC的概念和设计流程
1．1 VLSI工艺进步带来的变化
1．2 图像处理领域对专用硬件电路的需求
1．2．1 图像低层处理算法
1．2．2 图像中层处理算法
1．2．3 图像高层处理算法
1．2．4 图像中低层处理算法的加速策略
1．3 ASIC设计流程简述
1．3．1 设计任务的定义
1．3．2 体系结构设计
1．3．3 RTL代码设计和验证
1．3．4 综合
1．3．5 形式验证和后仿真
1．3．6 布局布线
1．3．7 寄生参数提取
1．3．8 生成版图
1．3．9 物理设计
第2章 图像处理ASIC的基本架构和常用模块
2．1 影响ASIC实现效率的因素
2．1．1 高计算强度
2．1．2 计算并行性
2．1．3 存在强相关性的例子
2．1．4 数据空间分布的局部性和重用性
2．1．5 有限的中间结果
2．2 图像处理ASIC的常用结构
2．2．1 数据传输格式及输入数据接口
2．2．2 图像二维数据处理窗口生成
2．2．3 窗口位于图像边界的处理
2．3 数据路径并行策略
2．3．1 全并行实现
2．3．2 全串行实现
2．3．3 部分并行实现
第3章 时序问题和解决方法
3．1 硬件电路的基本组成和特点
3．1．1 组合逻辑电路
3．1．2 时序电路
3．1．3 存储器
3．2 时序相关概念
3．2．1 同步电路与异步电路
3．2．2 时序参数的定义
3．2．3 时钟偏差与时钟抖动
3．3 时序分析与时序违例
3．4 亚稳态与同步器
3．5 跨时钟域信号传输的方法
3．5．1 异步时钟域之间传输信号的一般问题
3．5．2 异步FIFO中的跨时钟域信号处理
3．5．3 异步复位信号处理
第4章 大模板卷积ASIC设计方案
4．1 设计目标
4．2 卷积运算常用实现方案
4．2．1 FB结构
4．2．2 SWPB结构
4．2．3 MWPB结构
4．3 技术指标分析
4．4 大模板卷积ASIC总体框图
4．5 各模块设计
4．5．1 图像输入前端FIFO
4．5．2 图像输入后端FIFO
4．5．3 图像存储SPRAM控制
4．5．4 运算单元像素寄存器控制
4．5．5 图像SPRAM地址控制
4．5．6 模板存储模块
4．5．7 计算模块
第5章 图像旋转ASIC设计
5．1 设计目标
5．2 算法分析
5．2．1 三步平移旋转算法
5．2．2 图像插值算法
5．2．3 插值误差分析
5．2．4 算法仿真与验证
5．3 流水线图像旋转AsIc架构设计
5．3．1 硬件实现面临的问题
5．3．2 流水线实现方案
5．3．3 定点误差分析与字长优化
5．4 流水线图像旋转ASIC模块设计
5．4．1 中心控制器设计
5．4．2 输入／输出接口电路设计
5．4．3 流水线暂停电路设计
5．4．4 异常处理电路
第6章 连通域标记与轮廓跟踪
6．1 连通域标记算法分析
6．2 两次逐行逐列逐像素扫描算法
6．2．1 算法总流程
6．2．2 图像初步标记
6．2．3 等价表初始化与等价关系记录
6．2．4 整理等价表
6．2．5 图像标记代换
6．3 轮廓跟踪算法硬件加速方案
6．4 标记ASIC系统设计
6．4．1 芯片功能与整体结构
6．4．2 图像存储器数据组织与传输方式
6．4．3 特征值存储器设置
6．4．4 行像素及行标记缓存
6．5 标记ASIC顶层状态机
6．6 标记处理模块设计
6．6．1 初步标记模块
6．6．2 等价标记对记录模块
6．6．3 等价表整理模块
6．6．4 标记代换及特征值统计流水线模块
第7章 红外焦平面非均匀性校正SoC
7．1 设计目标
7．2 红外焦平面非均匀性校正算法
7．2．1 基于定标的校正算法
7．2．2 基于场景的红外焦平面无效像元检测
7．2．3 场景自适应校正算法
7．3 非均匀性校正SoC结构设计
7．3．1 功能划分
7．3．2 非均匀性校正SoC整体结构
7．4 内嵌的MIPS架构处理器
7．5 片上总线及互连结构
7．5．1 Wishbone总线介绍
7．5．2 校正SoC总线传输模式
7．5．3 总线互连结构
7．6 校正ASIC模块设计
7．6．1 校正ASIC模块整体结构
7．6．2 校正SoC整体状态机
7．6．3 Wishbone接口模块设计
7．6．4 校正ASIC模块设计
7．7 处理器软件设计
7．8 校正SoC的验证
7．8．1 SoC验证方法与技术概要
7．8．2 软件功能仿真
7．8．3 形式验证
7．8．4 FPGA原型验证
参考文献
作者：桑红石，袁雅婧 著
出版时间： 2019年版
丛编项： 航天航空导航制导图像信息技术与系统研究丛书
内容简介
《图像处理ASIC设计方法/航天航空导航制导图像信息技术与系统研究丛书》涵盖的内容包括图像处理专用集成电路（application specific integrated circuit，ASIC）的设计流程简介、ASIC的一般架构和基本模块、图像处理ASIC设计中常见时序问题的解决方法，并给出了几种图像处理算法ASIC／SoC（system on chip，片上系统）的设计实例。《图像处理ASIC设计方法/航天航空导航制导图像信息技术与系统研究丛书》分为7章。第1章介绍ASIC的基本概念、各层次图像处理算法的特点及其分析、图像处理ASIC设计流程以及各环节应注意的问题。第2章介绍影响图像处理算法硬件实现效率的因素，即如何评判一种算法是否可以获得较好的硬件加速比，以及如何获得较好的硬件加速比，同时介绍了ASIC设计中常用的基本电路结构和电路模块的设计。第3章介绍了时序分析的概念，以及ASIC设计中经常被忽视的跨时钟域信号传输问题，该问题将影响电路工作的稳定性，并给出了解决跨时钟域传输的几种常用方法。第4章介绍了一种大模板卷积运算的实现，旨在通过该设计向读者说明如何开发数据的片上重用性，以及如何在硬件开销、数据通过率之间进行折中。第5章介绍图像旋转算法的硬件实现，旨在通过该设计向读者说明如何对算法继续面向硬件优化，使数据流符合硬件电路实现所要求的局部性和规则性的特点，以及如何对有限字长运算产生的误差进行仿真评估，并确定合理的字长。第6章介绍图像连通域标记和特征提取算法的硬件实现，旨在通过该设计向读者说明不适用于硬件加速的算法的特点，以及如何利用硬件电路提供的中间结果对这一类算法进行加速。该设计还可以作为复杂状态机的设计举例，帮助读者了解不同层次状态机之问信号的交互方式。第7章介绍红外焦平面非均匀性校正soc的设计，旨在通过该设计帮助读者了解片上系统的概念、组成和设计方法，了解通过软硬件协同实现较为复杂的系统功能的技术方案。《图像处理ASIC设计方法/航天航空导航制导图像信息技术与系统研究丛书》可供学习ASIC设计的研究生使用，也可为相关领域设计人员提供入门和进阶参考。
目录
第1章 ASIC的概念和设计流程
1．1 VLSI工艺进步带来的变化
1．2 图像处理领域对专用硬件电路的需求
1．2．1 图像低层处理算法
1．2．2 图像中层处理算法
1．2．3 图像高层处理算法
1．2．4 图像中低层处理算法的加速策略
1．3 ASIC设计流程简述
1．3．1 设计任务的定义
1．3．2 体系结构设计
1．3．3 RTL代码设计和验证
1．3．4 综合
1．3．5 形式验证和后仿真
1．3．6 布局布线
1．3．7 寄生参数提取
1．3．8 生成版图
1．3．9 物理设计
第2章 图像处理ASIC的基本架构和常用模块
2．1 影响ASIC实现效率的因素
2．1．1 高计算强度
2．1．2 计算并行性
2．1．3 存在强相关性的例子
2．1．4 数据空间分布的局部性和重用性
2．1．5 有限的中间结果
2．2 图像处理ASIC的常用结构
2．2．1 数据传输格式及输入数据接口
2．2．2 图像二维数据处理窗口生成
2．2．3 窗口位于图像边界的处理
2．3 数据路径并行策略
2．3．1 全并行实现
2．3．2 全串行实现
2．3．3 部分并行实现
第3章 时序问题和解决方法
3．1 硬件电路的基本组成和特点
3．1．1 组合逻辑电路
3．1．2 时序电路
3．1．3 存储器
3．2 时序相关概念
3．2．1 同步电路与异步电路
3．2．2 时序参数的定义
3．2．3 时钟偏差与时钟抖动
3．3 时序分析与时序违例
3．4 亚稳态与同步器
3．5 跨时钟域信号传输的方法
3．5．1 异步时钟域之间传输信号的一般问题
3．5．2 异步FIFO中的跨时钟域信号处理
3．5．3 异步复位信号处理
第4章 大模板卷积ASIC设计方案
4．1 设计目标
4．2 卷积运算常用实现方案
4．2．1 FB结构
4．2．2 SWPB结构
4．2．3 MWPB结构
4．3 技术指标分析
4．4 大模板卷积ASIC总体框图
4．5 各模块设计
4．5．1 图像输入前端FIFO
4．5．2 图像输入后端FIFO
4．5．3 图像存储SPRAM控制
4．5．4 运算单元像素寄存器控制
4．5．5 图像SPRAM地址控制
4．5．6 模板存储模块
4．5．7 计算模块
第5章 图像旋转ASIC设计
5．1 设计目标
5．2 算法分析
5．2．1 三步平移旋转算法
5．2．2 图像插值算法
5．2．3 插值误差分析
5．2．4 算法仿真与验证
5．3 流水线图像旋转AsIc架构设计
5．3．1 硬件实现面临的问题
5．3．2 流水线实现方案
5．3．3 定点误差分析与字长优化
5．4 流水线图像旋转ASIC模块设计
5．4．1 中心控制器设计
5．4．2 输入／输出接口电路设计
5．4．3 流水线暂停电路设计
5．4．4 异常处理电路
第6章 连通域标记与轮廓跟踪
6．1 连通域标记算法分析
6．2 两次逐行逐列逐像素扫描算法
6．2．1 算法总流程
6．2．2 图像初步标记
6．2．3 等价表初始化与等价关系记录
6．2．4 整理等价表
6．2．5 图像标记代换
6．3 轮廓跟踪算法硬件加速方案
6．4 标记ASIC系统设计
6．4．1 芯片功能与整体结构
6．4．2 图像存储器数据组织与传输方式
6．4．3 特征值存储器设置
6．4．4 行像素及行标记缓存
6．5 标记ASIC顶层状态机
6．6 标记处理模块设计
6．6．1 初步标记模块
6．6．2 等价标记对记录模块
6．6．3 等价表整理模块
6．6．4 标记代换及特征值统计流水线模块
第7章 红外焦平面非均匀性校正SoC
7．1 设计目标
7．2 红外焦平面非均匀性校正算法
7．2．1 基于定标的校正算法
7．2．2 基于场景的红外焦平面无效像元检测
7．2．3 场景自适应校正算法
7．3 非均匀性校正SoC结构设计
7．3．1 功能划分
7．3．2 非均匀性校正SoC整体结构
7．4 内嵌的MIPS架构处理器
7．5 片上总线及互连结构
7．5．1 Wishbone总线介绍
7．5．2 校正SoC总线传输模式
7．5．3 总线互连结构
7．6 校正ASIC模块设计
7．6．1 校正ASIC模块整体结构
7．6．2 校正SoC整体状态机
7．6．3 Wishbone接口模块设计
7．6．4 校正ASIC模块设计
7．7 处理器软件设计
7．8 校正SoC的验证
7．8．1 SoC验证方法与技术概要
7．8．2 软件功能仿真
7．8．3 形式验证
7．8．4 FPGA原型验证
参考文献