Implementing object recognition algorithm on FPGA

: יותם מגישיםדניאל דראשפרגו

סומשיק: מייק מנחה

חד – פרויקט סוף מצגת סמסטריאלי

הפרויקט מטרתאלגוריתם :המטרה OPTICמימוש

FLOW גבי אמת FPGAעל בזמן

דגשים: חברת של הפיתוח כלי ולמידת : Gidelהכרה

ProcWizard/ProcAPI של הפיתוח כלי MathWorks : Simulink & HDLלמידת

Coder אלגוריתם של על Optical flowאימפלמנטציה אמת בזמן

FPGA הנלמדים הכלים בעזרת

OPTIC FLOW

הנתונים זרימת

ב וידאו יהיה של 15FPSהקלט בממדים320x240

, התמונה גודל את נקטין הפרויקט הגדרת לפי אבללטובת חיצוני בזיכרון בשימוש צורך יהיה שלא כך

המידע עיבוד

GENERAL SCHEME

INSIDE THE FPGA

Ready? trigger

משותפת שפה

בשלוש אינטנסיבי שימוש יש במימושמיוחדים אלמנטים

Line Buffer -לדעת צורך יש כאשר בשימושפיקסל כל של הסביבה את

Write Switch –צורך יש כאשר בשימושלכתיבה וזיכרון לקריאה בזיכרון

לקריאה ואינדקס לכתיבה בשימוש– אינדקסלפני מזיכרון סגמנט לקרוא קודם עלינו כאשר

לזיכרון לכתוב שמתחילים

Line Buffer

5 4 3 2 1

10 9 8 7 6

15 14 13 12 11

20 19 18 17 16

25 24 23 22 21

1 12

1

7 6 5 4

Write Switch

Write to RAM 1Read from RAM 0

1

1

0

, לקריאה - ואחד לכתיבה אחד זיכרון בנקי שניפריים כל בסיום תפקיד מחליפים .אשר

ובקרה נתונים מסלול הפרדת , זיכרון ) לוגיקה הנתונים מסלול בין הפרדה

. ) הבקרה מסלול לבין אינדקסים ויצירת לפי הפעולות רצף על שולט חיצוני בקר

. הנתונים ממסלול שמקבל דגלים מעבד על מבוסס MIPSהמודל

The Controller

. מצבים מכונת הינו הבקר

אחר לוגי חלק להפעלת מתאים מצב כלהחישוב בתהליך

פנימית החלטות שרשרת יש מצב בכלמתאימה אותות והפעלת

מצבים: מכונת בקר

הזיכרון

בעזרת ממומשים הזיכרונות RAMכל , זיכרונות מלבד הזיכרונות קיים F[xx]לכל

write switch שנכתב המידע בין להבחנה . , מקודם שצוין כפי שנקרא המידע לבין

חישובית לוגיקה

התמונה של במרחב נגזרות חישוב התמונה על בהתבסס עזר נתוני חישוב

הקודמת התמונה של והנגזרות הנוכחית ושמירתם התנועה וקטורי חישוב – התמונה מסגרת שפה בתנאי טיפול

בדיקה שיטות לבדיקה שניתן ביותר הבסיסי החלק מציאת

ב לו המקביל הקוד Matlabומציאת לרכיב והמתאים ביותר הפשוט הקלט הכנסת

זה מה נכונים נתונים ובדיקת- workspaceטעינת

ל הסימולציה נתוני יצוא ידי על התוצאותworkspace .

וגרפים בסקופים שימוש אותות לתרשים המתקבלים הגרפים השוואת

צפוי.

לזיכרון: כתיבה בדיקת דוגמא

לזיכרון: כתיבה בדיקת דוגמא

Write Enable

AddressData

:סדרתי הקלט

:שהכתיבה בדיקהכראוי מתבצעת

הנכון ובתזמון

לבדיקת Fxxדוגמאמערכת תוצאתהסימולינק

המטלב קוד תןצאותהמקורי

התוצאות השוואתפונקציית ידי עלהשוואה

אותות לתרשים והשוואה בסקופ שימוש

מצגת סקירת סוףאמצע

Fixed point לעיבוד פשוטה בצורה שלמים לא מספרים ייצוג

חומרתי. ידי על מיוצג קבוע המספר ספרות מספר של

ומספר השלם החלק את מהוות אשר בינאריות. השבר את המייצגות בינאריות ספרות של קבוע

! מדוייק לא ייצוג זהו מעבד כל של חלקה לפעולה נחוץ זה ייצוג

יחידת מכיל לא .FPאשר מעבדי .DSPרוב זה בייצוג עובדים

Simulink Fixed Point Tool בתנאי לסימולציה תמיכה fixedמספק

point. תומךHDL Coder בין תוצאות של נוחה השוואה מאפשר

floating point וfixed point - מילה, אורך פלט קלט מבחן סמך על מציע

. \ שבר שלם ויחס הייצוג פרמטרי של רוחבי שינוי מאפשר

ל פרויקט של ראשוני מעבר fixedלאחרpoint .

עם fixed pointקשיים ל .fixed point המעבר טריוויאלי איננו

של מודלים בין נתונים במעבר קושי קייםsimulink ושלmatlab.

" שונה " באופן מתנהגות אריתמטיות פעולות ב הוא fixed pointהטיפול מטלב בקוד

מסורבל \ עדיין הינם מתאימים שבר מילה ערכי מציאת

וטעייה ניסוי של עניין

עם fixed pointהתקדמות ולא מאוד התקשינו המעבר בתחילת

קוד של קטנים חלקים אפילו להמיר הצלחנוfixed pointל

צמודה ועזרה הנחייה ואחרי מייק עם ישבנוהנגזרות פונקציית את להעביר הצלחנו שלו

fixed pointל כי ראינו מייק עם שלמדנו הידע בעזרת

הייתה בו ההתקדמות אך אפשרי המעבר . ביותר ומסורבלת איטית

תוצאות

עוברים הביניים אותות כל בדיקת לאחרהתנועה – וקטורי המלאה U,Vלבדיקה

על תחילה מתבצעת תמונות 2הבדיקההמקורי לקוד התוצאות והשוואת פשוטות

והשוואה 2הכנסת הסרט מתוך תמונותהמקורי לקוד

ידי על והשוואה מלא וידאו סרט הכנסתהמקורי לקוד סקריפט

At first: only 2 frames

Simple Picture

U-Result

V-Result

Video

סרט על המערכת בדיקתוידאו:

283 פריימים : פריים 120x160גודל

התוצאות את נבחןבשקפים, המתקבלות

הבאים

Full Video Input

Appearance (frames 16-17)

U-Result

V-Result

Hand Shake (frames 136-137)

U-Result

V-Result

Walk Back (frames 245-246)

U-Result

V-Result

יעדים: תוצאות

אלגוריתםopenflow ב simulinkמומשמלא באופן

מלא נתונים מסלול מתפקד בקר

, שהוגדר הפרויקט של החומרה שלבהמשכנו לא כי התבצע לא ב כפרויקט

ב לפרויקט מ למעבר בדרישות עמדנו fixedל FPלא

point

אקדמאים : יעדים תוצאותתכנון

) התכנון ) חשיבות את בשרנו על למדנו . שחלק, למרות המימוש לפני הראשוני

, שינויים כי ראינו לנו ניתן מהמימושמשפיעים מקדים תכנון ללא שמתבצעים

. צפויים לא במקומות מערכות עם בעבודה שונות טכניקות למדנו

זיכרון – בנקי אמת בזמן נתונים לעיבוד , מקביליות, caching (line buffer)שונים

. ועוד, לבקרה נתונים מסלול בין הפרדה

אקדמאים: יעדים תוצאותתכנות

תכנון של בסיבוכיות ישירה בצורה התנסינואשר שונים חלקים בעלת מורכבת מערכת

השני עם אחד לתקשר צריכים בין הסנכרון בעיית עם והתמודדנו גילינו

. זה מסוג במערכות אותות את לעומק סביבת simulinkהכרנו ואת

העבודה ב בתכנות יכולתנו את . matlabשיפרנו

אקדמאים: יעדים תוצאותבדיקות

, ראשון – " דבר שלמדנו המנחה העיקרון " הבעיה את בודד

של כסוג לנו ששימשו טסטים בסט השתמשנוbenchmark המערכת לתפקוד

אותות בשרטוט השימוש חשיבות את למדנוסינכרוניות מערכות לדבג כדי

ה את לאהוב scopeלמדנו ה רעיון חשיבות את code reviewגילינו