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复杂体系解析多维数据阵分析的嵌入式计算技术研究

作　者: 周志顺
导　师: 徐成
学　校: 湖南大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 三维荧光光谱分析三线性分解算法结构研究 Matlab算法分析 FPGA设计 AccelDSP设计方法
分类号: TP368.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 45次
引　用: 3次
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内容摘要

多维数据阵分析是一种用于复杂体系解析的荧光分析技术,在生命科学,环境科学和石油化工等方面有很广泛应用价值。目前该分析方法的理论和实验都发展得比较成熟,但是由于缺乏专用的计算设备,技术的推广受到限制。多维数据阵分析算法以密集矩阵计算为基础,计算复杂度高,而目前的通用嵌入式处理系统计算能力有限,直接利用嵌入式处理器实现多维数据阵分析存在困难。这使多维数据阵分析技术的应用由于通常嵌入式系统计算能力的不足而受到限制。本文针对973预研课题“复杂体系解析多维数阵分析方法学及创新应用”中的应用研究问题,研究了多维数据阵分析专用嵌入式计算的软件结构和核心算法的FPGA设计。具体研究工作如下:1.通过研究多维数据阵分析的方法和流程,设计了应用于复杂体系解析多维数据阵分析数据处理的专用嵌入式计算结构,并通过分析多维数据阵分析算法的数据流和运算特点,以及FPGA在嵌入式计算上的优势,提出了应用FPGA技术实现核心算法模块的方法,设计了核心计算模块基于FPGA的系统结构,为多维数据阵分析专用计算设备和便携分析仪器设备的研发提供底层计算技术支持。2.针对多维数据阵分析算法中广泛使用的平行因子算法,研究了算法在FPGA上实现的一些关键技术,解决了算法的并行化重新描述、算法的浮点模型到定点模型转换、变量存储类型选择和矩阵求逆部件根据多维数据阵计算特点的约束设计等问题。通过AccelDSP的研发流程,完成了平行因子算法模块的FPGA实现。3.在Xilinx AccelDSP的FPGA设计平台上,设计了核心计算模块的验证结构,完成了平行因子算法模块FPGA实现的仿真验证,比较了该算法在FPGA平台上的实现效率和在通用计算设备上的实现效率。结果表明使用FPGA实现多维数据阵分析算法能充分利用硬件计算的优势,充分开发出算法中的内在并行性,使算法得到更高的计算效率。结果也表明,在嵌入式环境中利用FPGA实现多维数据阵分析是可行的。论文的研究工作对促进嵌入式系统在分析科学领域的应用,促进复杂体系解析多维数阵分析方法的应用和推广,提高分析仪器的智能化、分析方法和流程的自动化有着积极的作用。

复杂体系解析多维数据阵分析的嵌入式计算技术研究

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