一种矩阵制造技术

本发明专利技术涉及信号处理，具体涉及一种矩阵

【技术实现步骤摘要】
一种矩阵Cholesky分解协处理器及其系统


[0001]本专利技术涉及信号处理，具体涉及一种矩阵
Cholesky
分解协处理器及其系统
。

技术介绍

[0002]随着信号处理技术的快速发展，矩阵运算在信号处理领域中的地位越来越重要
。
矩阵的乔列斯基分解
(Cholesky
分解
)
是一种常用的矩阵运算，它将一个正定对称矩阵分解为一个下三角矩阵和其转置的乘积
。
这种分解方法在各种领域都有广泛应用，比如在信号处理
、
运动控制
、
图像处理等领域
。
它使得许多复杂的数学问题能够通过分解后的矩阵进行简化处理，从而在很大程度上提升了计算的效率和精度
。
此外，由于分解后的矩阵具有较好的数学性质，因此
Cholesky
分解也常常被用于优化问题的求解，从而对人们的生活和工作产生了深远影响
。
[0003]在现有的计算机系统中，矩阵的
Cholesky
分解通常是通过软件实现的
。
当需要对一个矩阵进行
Cholesky
分解时，将原始矩阵分成大小相等的块矩阵，每个块矩阵都是一个子矩阵
。
然后，通过递归地应用
Cholesky
分解来计算每个子矩阵的
Cholesky
分解，充分利用计算机系统的并行性和矩阵的块结构，以提高计算效率
。
[0004]尽管现有的软件实现方法在许多情况下都能够满足需求，但是在对实时性和功耗有着严格要求的嵌入式系统应用中，这种方法的性能显然是不足的
。
由于需要执行大量的软件指令，现有的软件实现方法不仅会导致计算延迟，还会导致系统功耗的提高
。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种矩阵
Cholesky
分解协处理器及其系统，
[0006]该矩阵
Cholesky
分解协处理器，将正定对称矩阵
A
分解为下三角矩阵
L
与
L
的倒置矩阵的乘积，包括：
[0007]加法器
、
除法器
、
乘法器
、
开方器
、
输入暂存区
、
输出暂存区
、
数据混合器
、
多路选择器
、
临时值存储模块；
[0008]所述加法器用于执行加法运算；所述除法器用于执行除法运算；所述乘法器用于执行乘法运算；所述开方器用于执行开方运算；
[0009]所述输入暂存区用于存储正定对称矩阵
A
；所述输出暂存区用于存储下三角矩阵
L
；
[0010]所述数据混合器将来自不同数据源的数据进行混合处理；
[0011]所述多路选择器根据控制信号选择一个数据源进行输出；
[0012]所述临时值存储模块用于存储临时数据及计算中间结果
。
[0013]进一步的，所述临时值存储模块包括先进先出队列及随机存取存储器
。
[0014]本专利技术提供的矩阵
Cholesky
分解系统，包括：
[0015]主处理器，用于执行计算和控制任务，并管理协处理器；
[0016]如上述矩阵
Cholesky
分解协处理器，用于接收来自主处理器的指令，执行正定对
称矩阵的分解计算；
[0017]协处理器接口，提供所述主处理器与所述矩阵
Cholesky
分解协处理器的通信路径；
[0018]扩展指令接口，用于解析和处理来自主处理器的特殊指令
。
[0019]进一步的，所述矩阵
Cholesky
分解协处理器中各模块输入输出数据均采用
IEEE
‑
754
标准的单精度浮点类型
。
[0020]进一步的，所述主处理器判断一个指令为矩阵
Cholesky
分解协处理器指令时，所述主处理器通过所述扩展指令接口请求通道对矩阵
Cholesky
分解协处理器发起请求，同时通过扩展指令接口将源操作数送至矩阵
Cholesky
分解协处理器；
[0021]所述矩阵
Cholesky
分解协处理器接收到源操作数时，判断扩展指令接口握手成功是否成功，若成功，则开始矩阵分解运算，并将运算结果通过扩展指令接口反馈通道返回所述主处理器
。
[0022]进一步的，定义矩阵
Cholesky
分解任务中开方运算为任务1，任务1仅使用所述开方器；
[0023]定义矩阵
Cholesky
分解任务中求下三角矩阵
L
当前列计算为任务2，任务2仅使用所述除法器；
[0024]定义矩阵
Cholesky
分解任务中更新正定对称矩阵
A
为任务3，任务3仅使用所述减法器和所述乘法器；
[0025]定义正定对称矩阵
A
的阶数为
K
，对三角矩阵
L
第
k
列的计算由任务
1、
任务2和任务3组成，定义为第
k
列的分解任务组，分解任务组中任务1和任务2计算三角矩阵
L
每
k
列的元素，任务3更新正定对称矩阵
A
的第
k+1
至第
K
列元素，
k∈[1,K]；每个分解任务组中任务
1、
任务2和任务3顺序执行；当
k>1
时，第
k
列的任务1的执行需要等到第
k
‑1列的任务3对正定对称矩阵
A
的第
k
列元素的更新结束；当
k>2
时，第
k
列的任务1的执行需要等到第
k
‑2列的任务3执行结束
。
[0026]进一步的，矩阵
Cholesky
分解任务包括以下状态：
[0027]C_IDLE
：空闲状态，此状态下未执行任何矩阵
Cholesky
分解任务；
[0028]C_SQRT_START
：开方开始状态，在此状态开方器被使能；
[0029]C_DIV_START
：除法开始状态，在此状态下使能列除法运算；
[0030]C_CAL
：模块运算状态，在此状态下表示至少正在进行一次开方
、
除法或者矩阵更新运算；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种矩阵
Cholesky
分解协处理器，将正定对称矩阵
a
分解为下三角矩阵
L
与
L
的倒置矩阵的乘积，包括：加法器
、
除法器
、
乘法器
、
开方器
、
输入暂存区
、
输出暂存区
、
数据混合器
、
多路选择器
、
临时值存储模块；所述加法器用于执行加法运算；所述除法器用于执行除法运算；所述乘法器用于执行乘法运算；所述开方器用于执行开方运算；所述输入暂存区用于存储正定对称矩阵
A
；所述输出暂存区用于存储下三角矩阵
L
；所述数据混合器将来自不同数据源的数据进行混合处理；所述多路选择器根据控制信号选择一个数据源进行输出；所述临时值存储模块用于存储临时数据及计算中间结果
。2.
根据权利要求所述一种矩阵
Cholesky
分解协处理器，其特征在于，所述临时值存储模块包括先进先出队列及随机存取存储器
。3.
一种矩阵
Cholesky
分解系统，包括：主处理器，用于执行计算和控制任务，并管理协处理器；如权利要求1或2所述矩阵
Cholesky
分解协处理器，用于接收来自主处理器的指令，执行正定对称矩阵的分解计算；协处理器接口，提供所述主处理器与所述矩阵
Cholesky
分解协处理器的通信路径；扩展指令接口，用于解析和处理来自主处理器的特殊指令
。4.
根据权利要求3所述一种矩阵
Cholesky
分解系统，其特征在于，所述矩阵
Cholesky
分解协处理器中各模块输入输出数据均采用
IEEE
‑
754
标准的单精度浮点类型
。5.
根据权利要求3所述一种矩阵
Cholesky
分解系统，其特征在于，所述主处理器判断一个指令为矩阵
Cholesky
分解协处理器指令时，所述主处理器通过所述扩展指令接口请求通道对矩阵
Cholesky
分解协处理器发起请求，同时通过扩展指令接口将源操作数送至矩阵
Cholesky
分解协处理器；所述矩阵
Cholesky
分解协处理器接收到源操作数时，判断扩展指令接口握手成功是否成功，若成功，则开始矩阵分解运算，并将运算结果通过扩展指令接口反馈通道返回所述主处理器
。6.
根据权利要求3所述一种矩阵
Cholesky
分解系统，其特征在于，定义矩阵
Cholesky
分解任务中开方运算为任务1，任务1仅使用所述开方器；定义矩阵
Cholesky
分解任务中求下三角矩阵
L
当前列计算为任务2，任务2仅使用所述除法器；定义矩阵
Cholesky
分解任务中更新正定对称矩阵
A
为任务3，任务3仅使用所述减法器和所述乘法器；定义正定对称矩阵
A
的阶数为
K
，对三角矩阵
L
第
k
列的计算由任务
1、
任务2和任务3组成，定义为第
k
列的分解任务组，分解任务组中任务1和任务2计算三...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪琪，柳天琪，唐国鹏，尹志豪，闫子豪，张慧珊，陈一诺，邵宇鹏，阎瑞珅，董泓宇，许耀华，郭小辉，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：