Simd處理器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種米用VLIW (Very long instruct1n word:超長(zhǎng)指令字)結(jié)構(gòu)(architecture)的 SIMD (single instruct1n multiple data:單指令多數(shù)據(jù))處理器。
【背景技術(shù)】
[0002]能夠與圖像識(shí)別處理所需的寬范圍的功能變更對(duì)應(yīng)的圖像處理器正在被開發(fā)。
[0003]例如，在專利文獻(xiàn)I中公開了對(duì)使用亮度梯度柱狀圖(HOG (Histogram ofOriented Gradients:方向梯度直方圖))執(zhí)行圖像識(shí)別處理的圖像處理器。
[0004]在執(zhí)行使用了這樣的亮度梯度柱狀圖HOG的圖像識(shí)別處理的情況下，例如，執(zhí)行以下的(I)?(3 )的處理，由此，取得亮度梯度柱狀圖HOG。
[0005](I)按作為處理對(duì)象像素的每個(gè)注目像素(使注目像素的坐標(biāo)為(X，y)，將其像素值記為I (X，y))，利用dx Cx, y) = I (x + 1，y) — I (x — 1，y)算出注目像素和在左右與該注目像素相鄰的像素之間的X方向上的梯度強(qiáng)度dx (X，y)。
[0006]此外，利用dy (X，y) = I (x，y + I) — I (x，y — I)算出注目像素和在上下與該注目像素相鄰的像素之間的Y方向上的梯度強(qiáng)度dy (X，γ)。
[0007](2)接著，基于將Y方向上的梯度強(qiáng)度dy (x，y)除以X方向上的梯度強(qiáng)度dx (x，y)而取得的值，利用如下公式算出注目像素的梯度向量角度gradient (x，y)，
gradient (x, y) = atan (dy (x，y)/dx (x，y))，atan O:反正切函數(shù)(arctan)。
[0008](3)然后，基于算出的梯度向量角度gradient (x，y)、dx (x，y)以及dy (x，y)的符號(hào)(正負(fù))決定注目像素的梯度向量方向，基于所決定的梯度向量方向生成亮度柱狀圖。
[0009]例如，如圖10所示那樣，設(shè)定以π/4為單位分割成8個(gè)的空間(bin)BINO?7，決定包含注目像素的梯度向量方向的空間，對(duì)決定為包含在該空間的頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)(累加)。將其對(duì)規(guī)定的圖像區(qū)域(例如，由N像素XM像素(N、M:自然數(shù))構(gòu)成的圖像區(qū)域)所包含的全部的像素執(zhí)行，由此，取得該規(guī)定的圖像區(qū)域的亮度梯度柱狀圖H0G。
[0010]圖像處理處理器使用這樣取得的亮度梯度柱狀圖HOG執(zhí)行例如圖像識(shí)別處理。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1:日本特開2012 - 221131號(hào)公報(bào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]發(fā)明要解決的課題
在上述的取得亮度梯度柱狀圖HOG的處理中將例如圖像中的全部像素作為處理對(duì)象來執(zhí)行，所以，優(yōu)選利用數(shù)據(jù)并行處理來執(zhí)行處理。即，可以說這樣的處理是面向SMD處理器的處理。
[0013]然而，在取得亮度梯度柱狀圖HOG的處理中，為了決定梯度向量方向，需要執(zhí)行與梯度向量角度gradient (x，y)對(duì)應(yīng)的條件分支處理。在利用SIMD處理器執(zhí)行這樣的條件分支處理的情況下，考慮使用條件標(biāo)記來執(zhí)行處理。由于在SMD處理器中各處理器元件(PE)只能執(zhí)行相同的命令，所以，在需要根據(jù)數(shù)據(jù)值來變更處理內(nèi)容的情況下，需要按每個(gè)處理器元件(PE)設(shè)定條件標(biāo)記并且各處理器元件根據(jù)所設(shè)定的條件標(biāo)記執(zhí)行處理。S卩，在SMD處理器中，在使用條件標(biāo)記進(jìn)行條件分支處理的情況下，需要執(zhí)行很多非常繁雜的處理，其結(jié)果是，運(yùn)算處理效率降低。
[0014]為了解決這樣的課題，在專利文獻(xiàn)I的技術(shù)中追加專門執(zhí)行取得亮度梯度柱狀圖HOG的處理的運(yùn)算器(硬件)，利用該運(yùn)算器執(zhí)行取得亮度梯度柱狀圖HOG的處理，由此，防止運(yùn)算處理效率的降低。
[0015]然而，在專利文獻(xiàn)I的技術(shù)中，亮度梯度柱狀圖HOG的空間數(shù)以及各空間的范圍(角度范圍)被固定，不能使空間數(shù)或各空間的范圍(角度范圍)可變。此外，執(zhí)行取得亮度梯度柱狀圖HOG的處理的運(yùn)算器(硬件)被構(gòu)成為該處理的專用電路，所以，不能使用于其它的用途。在專利文獻(xiàn)I的技術(shù)中，例如，不能將在取得亮度梯度柱狀圖HOG的處理中使用的值域判斷處理用的電路使用于在其它的用途中使用的值域判斷處理。該值域判斷處理多使用于圖像處理或圖像識(shí)別處理，所以，優(yōu)選作為通用性高的硬件在SMD處理器內(nèi)構(gòu)成。
[0016]因此，鑒于上述課題，本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)一種具有能夠有效地執(zhí)行多使用于圖像處理以及圖像識(shí)別的值域判斷處理的硬件結(jié)構(gòu)的SMD處理器。
[0017]用于解決課題的方案
為了解決上述課題，第I發(fā)明是具備命令控制部、寄存器堆(register file)部、條件寄存器部、命令執(zhí)行部、第I寄存器、第2寄存器、選擇器、控制信號(hào)生成部、第I比較部、第2比較部、綜合部的SMD處理器。
[0018]命令控制部執(zhí)行命令提取處理和命令解碼處理，并且，生成用于執(zhí)行規(guī)定的運(yùn)算的值域控制信號(hào)、值域方向設(shè)定信號(hào)、第I等價(jià)控制信號(hào)、第2等價(jià)控制信號(hào)。
[0019]寄存器堆部具有包括保持源數(shù)據(jù)的寄存器的多個(gè)寄存器。
[0020]條件寄存器部能夠存儲(chǔ)條件標(biāo)記，基于條件標(biāo)記生成用于執(zhí)行附條件運(yùn)算的條件控制信號(hào)。
[0021]命令執(zhí)行部具有包括值域判斷運(yùn)算單元的第I插槽。
[0022]而且，值域判斷運(yùn)算單元從寄存器堆部輸入源數(shù)據(jù)。此外，值域判斷運(yùn)算單元具備第I寄存器、第2寄存器、選擇器、控制信號(hào)生成部、第I比較部、第2比較部、綜合部。
[0023]第I寄存器存儲(chǔ)第I寄存器值。
[0024]第2寄存器存儲(chǔ)第2寄存器值。
[0025]選擇器根據(jù)值域控制信號(hào)來選擇從寄存器堆部輸入的源數(shù)據(jù)和第2寄存器值的任意一個(gè)。
[0026]控制信號(hào)生成部基于值域控制信號(hào)和值域方向設(shè)定信號(hào)生成第I比較控制信號(hào)、第2比較控制信號(hào)、綜合控制信號(hào)。
[0027]第I比較部基于控制信號(hào)生成部生成的第I比較控制信號(hào)和第I等價(jià)控制信號(hào)對(duì)從選擇器輸出的值和第I寄存器值進(jìn)行比較，取得比較結(jié)果作為第I比較數(shù)據(jù)。
[0028]第2比較部基于控制信號(hào)生成部生成的第2比較控制信號(hào)和第2等價(jià)控制信號(hào)對(duì)源數(shù)據(jù)和第2寄存器值進(jìn)行比較，取得比較結(jié)果作為第2比較數(shù)據(jù)。
[0029]綜合部基于綜合控制信號(hào)對(duì)第I比較數(shù)據(jù)和第2比較數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合，從而取得條件標(biāo)記。
[0030]在值域控制信號(hào)是非激活的情況下，第I寄存器根據(jù)源數(shù)據(jù)來更新第I寄存器值。[0031 ] 條件寄存器部存儲(chǔ)由綜合部取得的條件標(biāo)記。
[0032]在該SMD處理器中，在命令執(zhí)行部的值域判斷運(yùn)算單元中具備能夠保持兩個(gè)值的第I寄存器和第2寄存器，能夠使用該兩個(gè)值和從寄存器堆部輸入的源數(shù)據(jù)這3個(gè)值來靈活地設(shè)定決定值域判斷處理的處理對(duì)象數(shù)據(jù)、值域判斷處理的處理對(duì)象范圍的兩個(gè)邊界值。
[0033]而且，在該SMD處理器中，在值域判斷運(yùn)算單元中具備兩個(gè)比較部即第I比較部和第2比較部，能夠根據(jù)值域控制信號(hào)、值域方向設(shè)定信號(hào)、第I等價(jià)控制信號(hào)、第2等價(jià)控制信號(hào)來靈活地變更比較對(duì)象數(shù)據(jù)和比較范圍，能夠?qū)⑻幚韺?duì)象數(shù)據(jù)是否包含在設(shè)定的范圍內(nèi)的判定結(jié)果作為條件標(biāo)記CF進(jìn)行輸出。
[0034]進(jìn)而，在該SMD處理器中，對(duì)于第I寄存器的第I寄存器值來說，在值域控制信號(hào)是非激活的情況下，根據(jù)源數(shù)據(jù)來更新第I寄存器值，因此，還能容易地按每一個(gè)周期變更值域判斷處理的范圍。其結(jié)果是，在該SMD處理器中，例如，能夠效率良好地執(zhí)行柱狀圖算出處理的值域判斷處理(處理對(duì)象數(shù)據(jù)是否包含于各空間的判斷處理)。
[0035]因此，在該SMD處理器中，能夠利用通用性高的硬件結(jié)構(gòu)有效地執(zhí)行在圖像處理和圖像識(shí)別中多采用的值域判斷處理。
[0036]另外，“非激活”在正邏輯中是相當(dāng)于“O”的值，在負(fù)邏輯中是相當(dāng)于“I”的值。而且，“激活”在正邏輯中是相當(dāng)于“I”的值，在負(fù)邏輯中是相當(dāng)于“O”的值。
[0037]第2發(fā)明如第I發(fā)明，命令控制部在對(duì)命令執(zhí)行部發(fā)出值域判斷命令的情況下，對(duì)值域判斷運(yùn)算單元輸出用于執(zhí)行取得條件標(biāo)記的處理的值域控制信號(hào)、值域方向設(shè)定信號(hào)、第I等價(jià)控制信號(hào)、第2等價(jià)控制信號(hào)，使值域判斷運(yùn)算單元執(zhí)行取得條件標(biāo)記的處理。
[0038]由此，在該SMD處理器中，命令控制部對(duì)命令執(zhí)行部發(fā)出值域判斷命令，從而能使值域判斷運(yùn)算單元執(zhí)行取得條件標(biāo)記的處理。
[0039]第3發(fā)明如第I或第2發(fā)明，
(I)在執(zhí)行柱狀圖算出處理的情況下，即，在判斷處理對(duì)象數(shù)據(jù)是否包含在柱狀圖算出用的規(guī)定的空間的范圍的情況下，命令控制部將值域控制信號(hào)的信號(hào)值設(shè)定為“0”，選擇器基于值域控制信號(hào)選擇第2寄存器值。
[0040](2)在判斷處理對(duì)象數(shù)據(jù)是否是由第I寄存器值和第2寄存器值規(guī)定的范圍內(nèi)的情況下，命令控制部將值域控制信號(hào)的信號(hào)值設(shè)定為“ I ”，選擇器基于值域控制信號(hào)選擇從寄存器堆部輸入的源數(shù)據(jù)。
[0041]由此，在該SMD處理器中，設(shè)定值域控制信號(hào)的信號(hào)值，由此，能夠用相同的硬件結(jié)構(gòu)來執(zhí)行以下兩個(gè)處理:(1)如柱狀圖算出處理的值域判斷處理那樣，按每個(gè)周期變更值域判斷處理的范圍的處理；(2)在固定期間使值域判斷處理的范圍固定而執(zhí)行的值域判斷處理。
[0042]另外，信號(hào)值的是邏輯值，例如通過以下方式實(shí)現(xiàn)，S卩，在正邏輯中，將規(guī)定的電平以上的信號(hào)(H信號(hào))與“I”對(duì)應(yīng)，將小于規(guī)定的電平的信號(hào)(L信號(hào))與“O”對(duì)應(yīng)，或者，在負(fù)邏輯中，將規(guī)定的電平以上的信號(hào)(H信號(hào))與“O”對(duì)應(yīng)，將小于規(guī)定的電平的信號(hào)(L信號(hào))與“I”對(duì)應(yīng)。
[0043]第4發(fā)明如第I至第3的任意一個(gè)的發(fā)明，在執(zhí)行柱狀圖算出處理的情況下，即，在判斷處理對(duì)象數(shù)據(jù)是否包含在用于進(jìn)行柱狀圖算出的規(guī)定的空間的范圍的情況下，
(1)在處理對(duì)象數(shù)據(jù)為空間的范圍內(nèi)時(shí)，命令控制部將值域方向設(shè)定信號(hào)的信號(hào)值設(shè)定為“0”，使得條件標(biāo)記的值被設(shè)定為“ I ”，
(2)在處理對(duì)象數(shù)據(jù)為空間的范圍外時(shí)，命令控制部將值域方向設(shè)定信號(hào)的信號(hào)值設(shè)定為“ I ”，使得條件標(biāo)記的值被設(shè)定為“ I ”。
[0044]由此，在該SMD處理器中，能夠根據(jù)值域方向設(shè)定信號(hào)的信號(hào)值來選擇是在處理對(duì)象數(shù)據(jù)為范圍內(nèi)時(shí)使條件標(biāo)記的值為“I”或者是在處理對(duì)象數(shù)據(jù)為范圍外時(shí)使條件標(biāo)記的值為“I”。
[0045]第5發(fā)明如第I至第4的任意一個(gè)的發(fā)明，
(I)在由命令控制部生成的第I等價(jià)控制信號(hào)的信號(hào)值被設(shè)定為“I”的情況下，在針對(duì)處理對(duì)象數(shù)據(jù)的值域判斷處理中，在處理對(duì)象數(shù)據(jù)與規(guī)定值域判斷處理的范圍的兩個(gè)邊界值中的作為小的一方的值的第I邊界值相等的情況下，值域判斷運(yùn)算單元使條件標(biāo)記的值為“I”進(jìn)行輸出。
[0046](2)在由命令控制部生成的第2等價(jià)控制信號(hào)的信號(hào)值被設(shè)定為“I”的情況下，在針對(duì)處理對(duì)象數(shù)據(jù)的值域判斷處理中，在處理對(duì)象數(shù)據(jù)與規(guī)定值域判斷處理的范圍的兩個(gè)邊界值中的作為大的一方的值的第2邊界值相等的情況下，值域判斷運(yùn)算單元使條件標(biāo)記的值為“I”進(jìn)行輸出。
[0047]由此，在該SMD處理器中，能夠根據(jù)第I等價(jià)控制信號(hào)和/或第2等價(jià)控制信號(hào)，設(shè)定是否在處理對(duì)象數(shù)據(jù)與規(guī)定值域判斷處理的范圍的邊界值相等的情況下使條件標(biāo)記為“I”進(jìn)行輸出。
[0048]第6發(fā)明如第I至第5的任意一個(gè)的發(fā)明，控制信號(hào)生成部
(1)在值域控制信號(hào)的信號(hào)值為“I ”且值域方向設(shè)定信號(hào)的信號(hào)值為“ I ”的情況下，使第I比較控制信號(hào)的信號(hào)值設(shè)為“1”，在除此以外的情況下，使第I比較控制信號(hào)的信號(hào)值為 “0”，
(2)在值域控制信號(hào)的信號(hào)值為“I”且值域方向設(shè)定信號(hào)的信號(hào)值為“O”的情況下，使第2比較控制信號(hào)的信號(hào)值為“1”，在除此以外的情況下，使第2比較控制信號(hào)的信號(hào)值為“0”，
(3)在值域控制信號(hào)的信號(hào)值為“I”且值域方向設(shè)定信號(hào)的信號(hào)值為“I”的情況下，使綜合控制信號(hào)的信號(hào)值為“1”，在除此以外的情況下，使綜合控制信號(hào)的信號(hào)值設(shè)為“O”。
[0049]由此，在該SMD處理器中，能實(shí)現(xiàn)根據(jù)上述條件來生成各種控制信號(hào)的控制信號(hào)發(fā)生部。
[0050]第7發(fā)明如第6發(fā)明，第I比較部進(jìn)行以下的處理。
[0051](I)第I比較部在第I比較控制信號(hào)的信號(hào)值為“O”且第I等價(jià)控制信號(hào)的信號(hào)值為“O”的情況下，在輸入到第I比較部的第I輸入數(shù)據(jù)Dinll和第2輸入數(shù)據(jù)Dinl2為Dinll>Dinl2時(shí)，使來自第I比較部的輸出數(shù)據(jù)Dlout為“ I”進(jìn)行輸出，在Dinll ^ Dinl2時(shí)，使來自第I比較部的輸出數(shù)據(jù)Dlout為“O”進(jìn)行輸出。
[0052](2)第I比較部在第I比較控制信號(hào)的信號(hào)值為“O”且第I等價(jià)控制信號(hào)的信號(hào)值為“I”的情況下，在輸入到第I比較部的第I輸入數(shù)據(jù)Dinll和第2輸入數(shù)據(jù)Dinl2為Dinll彡Dinl2時(shí)，使來自第I比較部的輸出數(shù)據(jù)Dlout為“ I”進(jìn)行輸出，在Dinll〈Dinl2時(shí)，使來自第I比較部的輸出數(shù)據(jù)Dlout為“O”進(jìn)行輸出。
[0053](3)第I比較部在第I比較控制信號(hào)的信號(hào)值為“I”且第I等價(jià)控制信號(hào)的信號(hào)值為“O”的情況下，在輸入到第I比較部的第I輸入數(shù)據(jù)Dinll和第2輸入數(shù)據(jù)Dinl2為Dinll〈Dinl2時(shí)，使來自第I比較部的輸出數(shù)據(jù)Dlout設(shè)為“I”進(jìn)行輸出，在Dinll彡Dinl2時(shí)，使來自第I比較部的輸出數(shù)據(jù)Dlout為“O”進(jìn)行輸出。
[0054](4)第I比較部在第I比較控制信號(hào)的信號(hào)值為“I”且第I等價(jià)控制信號(hào)的信號(hào)值為“I”的情況下，在輸入到第I比較部的第I輸入數(shù)據(jù)Dinll和第2輸入數(shù)據(jù)Dinl2為Dinll ( Dinl2時(shí)，使來自第I比較部的輸出數(shù)據(jù)Dlout為“ I”進(jìn)行輸出，在Dinll>Dinl2時(shí)，使來自第I比較部的輸出數(shù)據(jù)Dlout為“O”進(jìn)行輸出。
[0055]由此，在該SMD處理器中，能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)上述條件來生成表示比較結(jié)果的信號(hào)的第I比較部。
[0056]第8發(fā)明如第6或第7發(fā)明，第2比較部進(jìn)行以下的處理。
[0057](I)第2比較部在第2比較控制信號(hào)的信號(hào)值為“O”且第2等價(jià)控制信號(hào)的信號(hào)值為“O”的情況下，在輸入到第2比較部的第I輸入數(shù)據(jù)Din21和第2輸入數(shù)據(jù)Din22為Din21>Din22時(shí)，使來自第2比較部的輸出數(shù)據(jù)D2out為“ I”進(jìn)行輸出，在Din21 ( Din22時(shí)，使來自第2比較部的輸出數(shù)據(jù)D2out為“O”進(jìn)行輸出。
[0058](2)第2比較部在第2比較控制信號(hào)的信號(hào)值為“O”且第2等價(jià)控制信號(hào)的信號(hào)值為“I”的情況下，在輸入到第2比較部的第I輸入數(shù)據(jù)Din21和第2輸入數(shù)據(jù)Din22為Din21彡Din22時(shí)，使來自第2比較部的輸出數(shù)據(jù)D2out為“ I ”進(jìn)行輸出，在Din21〈Din22時(shí)，使來自第2比較部的輸出數(shù)據(jù)D2out為“O”進(jìn)行輸出。
[0059](3)第2比較部在第2比較控制信號(hào)的信號(hào)值為“I”且第2等價(jià)控制信號(hào)的信號(hào)值為“O”的情況下，在輸入到第2比較部的第I輸入數(shù)據(jù)Din21和第2輸入數(shù)據(jù)Din22為Din21〈Din22時(shí)，使來自第2比較部的輸出數(shù)據(jù)D2out為“ I”進(jìn)行輸出，在Din21彡Din22時(shí)，使來自第2比較部的輸出數(shù)據(jù)D2out為“O”進(jìn)行輸出。
[0060](4)第2比較部在第I比較控制信號(hào)的信號(hào)值為“I”且第2等價(jià)控制信號(hào)的信號(hào)值為“I”的情況下，在輸入到第2比較部的第I輸入數(shù)據(jù)Din21和第2輸入數(shù)據(jù)Din22為Din21 ( Din22時(shí)，使來自第2比較部的輸出數(shù)據(jù)D2out為“ I”進(jìn)行輸出，在Din21>Din22時(shí)，使來自第2比較部的輸出數(shù)據(jù)D2out為“O”進(jìn)行輸出。
[0061]由此，在該SMD處理器中，能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)上述條件來生成表示比較結(jié)果的信號(hào)的第2比較部。
[0062]第9發(fā)明如第6至第8的任意一個(gè)的發(fā)明，綜合部具備“與”門、“或”門、第2選擇器。
[0063]“與”門將來自第I比較部的輸出和來自第2比較部的輸出作為輸入，取來自第I比較部的輸出和來自第2比較部的輸出的邏輯積。
[0064]“或”