FC2カウンター FPGAの部屋 SDSoC 2015.2 でハードウェアとソフトウェアのラプラシアンフィルタの性能を比較した8(ハードウェア化5)

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SDSoC 2015.2 でハードウェアとソフトウェアのラプラシアンフィルタの性能を比較した8(ハードウェア化5)

SDSoC 2015.2 でハードウェアとソフトウェアのラプラシアンフィルタの性能を比較した7(ハードウェア化4)”の続き。

前回はハードウェア化したラプラシアンフィルタ処理時間は 3.29 倍速くなったが、まだソフトウェア処理よりも遅かった。
次に、Vivado HLS で tu1978 さんが書き換えてくれたコードで試してみた。C++だと、テストベンチがC だったからか? extern "C" しても うまく行かなかったので、Cに書き換えて使用した。

前回と同じワークスペースに lap_filter3 プロジェクトを作製した。
SDSoC_115_150812.png

lap_filter_axim をハードウェア化に指定してある。

実機のZYBOに入れてテストした時のTera Termを示す。
SDSoC_114_150812.png

ハードウェアでのラプラシアンフィルタ処理時間は 153 us で、ソフトウェアでのラプラシアンフィルタ処理時間は299 us だった。ハードウェアでのラプラシアンフィルタ処理時間はソフトウェアでのラプラシアンフィルタ処理時間よりも 0.517 倍に短くなった。つまり性能は 1.95 倍になった。

D:\SDSoC\Examples\ZYBO\lap_filter3\SDRelease\_sds\p0\ipi の Vivado のプロジェクトを開いて見てみた。
Summary を見ると、前回よりもDSP リソースが増えている。BRAM はあまり使っていない。
SDSoC_116_150813.png

最後に laplacian_fitler3.c を示す。

/* * laplacian_fitter3.c * *  Created on: 2015/08/12 *      Author: Masaaki, tu1978 */

#include <stdio.h>
#include <string.h>

#define HORIZONTAL_PIXEL_WIDTH    64
#define VERTICAL_PIXEL_WIDTH    48
//#define width    800
//#define VERTICAL_PIXEL_WIDTH    600
#define ALL_PIXEL_VALUE    (HORIZONTAL_PIXEL_WIDTH*VERTICAL_PIXEL_WIDTH)

int laplacian_fil(int x0y0, int x1y0, int x2y0, int x0y1, int x1y1, int x2y1, int x0y2, int x1y2, int x2y2);
int conv_rgb2y(int rgb);

void filter_line(unsigned int* lap_buf, unsigned int* fl, unsigned int* sl, unsigned int* tl){
    int lap_fil_val;
    int prev[3],current[3],next[3];    // 0->1ライン目, 1->2ライン目, 2->3ライン目, prev->1pixel前, current->現在, next->次pixel
#pragma HLS array_partition variable=prev complete dim=0
#pragma HLS array_partition variable=current complete dim=0
#pragma HLS array_partition variable=next complete dim=0

    int x;

    next[0] = conv_rgb2y(fl[0]);
    next[1] = conv_rgb2y(sl[0]);
    next[2] = conv_rgb2y(tl[0]);

    for (x = 0; x < HORIZONTAL_PIXEL_WIDTH; x++){
#pragma HLS pipeline
        if (x == 0 || x == HORIZONTAL_PIXEL_WIDTH-1){
            lap_fil_val = 0;

            current[0] = next[0];
            next[0] = conv_rgb2y(fl[1]);

            current[1] = next[1];
            next[1] = conv_rgb2y(sl[1]);

            current[2] = next[2];
            next[2] = conv_rgb2y(tl[1]);
        }else{
            prev[0] = current[0];
            current[0] = next[0];
            next[0] = conv_rgb2y(fl[x+1]);

            prev[1] = current[1];
            current[1] = next[1];
            next[1] = conv_rgb2y(sl[x+1]);

            prev[2] = current[2];
            current[2] = next[2];
            next[2] = conv_rgb2y(tl[x+1]);
            lap_fil_val = laplacian_fil(prev[0], current[0], next[0],
                                        prev[1], current[1], next[1],
                                        prev[2], current[2], next[2]);
        }
        lap_buf[x] = (lap_fil_val<<16)+(lap_fil_val<<8)+lap_fil_val; // RGB同じ値を入れる
    }
}

//int lap_filter_axim(int cam_fb[ALL_PIXEL_VALUE], int lap_fb[ALL_PIXEL_VALUE], int width, int height)
int lap_filter_axim(int *cam_fb, int *lap_fb, int width, int height)
{
#pragma HLS INTERFACE m_axi port=cam_fb depth=800 offset=slave
#pragma HLS INTERFACE m_axi port=lap_fb depth=800 offset=slave
#pragma HLS INTERFACE s_axilite port=return

    unsigned int line_buf[3][HORIZONTAL_PIXEL_WIDTH];
#pragma HLS array_partition variable line_buf block factor=3 dim=1
#pragma HLS resource variable=line_buf core=RAM_2P

    unsigned int lap_buf[HORIZONTAL_PIXEL_WIDTH];
    int x, y;
    int lap_fil_val;
    int a, b;
    int fl, sl, tl;
    int line_sel;

    // RGB値をY(輝度成分)のみに変換し、ラプラシアンフィルタを掛けた。
    for (y=1, line_sel=0; y<VERTICAL_PIXEL_WIDTH-1; y++){
        // 最初のライン, y=1 012, y=2 120, y=3 201, y=4 012
        switch(line_sel){
            case 1 :
                fl = 0; sl = 1; tl = 2;
                break;
            case 2 :
                fl = 1; sl = 2; tl = 0;
                break;
            case 3 :
                fl = 2; sl = 0; tl = 1;
                break;
            default :
                fl = 0; sl = 1; tl = 2;
        }

        if (y == 1){
#ifndef __SYNTHESIS__
            printf("copy 3 lines\n");
#endif
            for (a=0; a<3; a++){
 // 3ライン分
                memcpy(line_buf[a], (unsigned int*)(&cam_fb[a*(width)]), width*sizeof(int));
            }
        }else// 最初のラインではないので、1ラインだけ読み込む。すでに他の2ラインは読み込まれている
            memcpy(line_buf[tl], (unsigned int*)(&cam_fb[(y+1)*(width)]), width*sizeof(int));
        }
        filter_line(lap_buf, line_buf[fl], line_buf[sl], line_buf[tl]);
#ifndef __SYNTHESIS__
        printf("write back:%d\n", y);
#endif
        memcpy((unsigned int*)(&lap_fb[y*width]), (unsigned int*)lap_buf, width*sizeof(int));

        line_sel++;
        if (line_sel > 3){
            line_sel = 1;
        }
    }

    // 最初と最後のラインは0にする
    for (x = 0; x < HORIZONTAL_PIXEL_WIDTH; x++)
        lap_buf[x] = 0;
    memcpy((unsigned int*)&lap_fb[0], (unsigned int*)lap_buf, width*sizeof(int));
    memcpy((unsigned int*)&lap_fb[width*(height-1)], (unsigned int*)lap_buf, width*sizeof(int));

    return(0);
}

// RGBからYへの変換
// RGBのフォーマットは、{8'd0, R(8bits), G(8bits), B(8bits)}, 1pixel = 32bits
// 輝度信号Yのみに変換する。変換式は、Y =  0.299R + 0.587G + 0.114B
// "YUVフォーマット及び YUV<->RGB変換"を参考にした。http://vision.kuee.kyoto-u.ac.jp/~hiroaki/firewire/yuv.html
// 2013/09/27 : float を止めて、すべてint にした
int conv_rgb2y(int rgb){
    int r, g, b, y_f;
    int y;

    b = rgb & 0xff;
    g = (rgb>>8) & 0xff;
    r = (rgb>>16) & 0xff;

    y_f = 77*r + 150*g + 29*b; //y_f = 0.299*r + 0.587*g + 0.114*b;の係数に256倍した
    y = y_f >> 8// 256で割る

    return(y);
}

// ラプラシアンフィルタ
// x0y0 x1y0 x2y0 -1 -1 -1
// x0y1 x1y1 x2y1 -1  8 -1
// x0y2 x1y2 x2y2 -1 -1 -1
int laplacian_fil(int x0y0, int x1y0, int x2y0, int x0y1, int x1y1, int x2y1, int x0y2, int x1y2, int x2y2)
{
    int y;

    y = -x0y0 -x1y0 -x2y0 -x0y1 +8*x1y1 -x2y1 -x0y2 -x1y2 -x2y2;
    if (y<0)
        y = 0;
    else if (y>255)
        y = 255;
    return(y);
}


  1. 2015年08月13日 05:33 |
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