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软硬件视线跟踪SoC系统建模与验证

收藏本文 2024-02-04 点赞:31221 浏览:144296 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:探讨表明,人类的信息加工在很大程度上依赖于视觉,来自外界约80%-90%的信息是通过人的眼睛获得的,视线跟踪系统通过对人眼注视点的跟踪可以获得人类的视觉感知信息,在商业、军事、娱乐、生活等各个领域具有广泛的运用前景。随着集成电路规模及制造技术的飞速进展,以多学科多领域交叉融合为目标的SoC成为了许多电子运用产品主要的解决案例,随之而来的SoC设计策略学上的探讨也逐渐受到大家的关注,然而SoC设计策略学的不成熟也给我们提供了很大的探讨和进展空间。通过比较浅析传统SoC设计策略,本论文以普尔钦斑点法的视线跟踪SoC为实例,采取基于SystemC模型的系统级SoC设计策略进行视线跟踪系统的系统级设计与验证,并用基于FPGA的手动转换HDL模型RTL的设计策略完成实际硬件平台上的验证。本论文的主要探讨工作如下:首先,深入浅析目前普尔钦斑点法的视线跟踪系统中各个算法的探讨近况,结合实验浅析确定本论文的具体算法,此外,针对系统级设计语言SystemC特有的多分层模型进行多个性能因素的比较,综合浅析出采取事务级模型TLM作为SoC的高抽象层次模型,负责SoC的软硬件自动划分,而硬件部分则利用SystemC RTL模型进行细化设计。其次,利用TLM对视线跟踪SoC进行高抽象层次建模,确定SoC的软硬件划分结果,继而对硬件部分向RTL模型进行细化,通过仿真结果优化RTL模型的硬件架构;软件部分则选用嵌入式微处理器Nios II的指令集模拟器ISS进行时序精确的仿真,以而在计算机上完成视线跟踪SoC的系统建模及验证。最后,根据视线跟踪SoC的SystemC模型确定的软硬件划分结果、硬件部分的优化架构以及软件代码,在FPGA硬件平台上,采取手动HDL模型设计的策略完成SystemC-to-HDL的变换,并构建视线跟踪SoPC进行软硬件的协同验证。实验表明,视线跟踪SoC的SystemC RTL模型的仿真结果,与相同硬件架构和软件代码的SoPC硬件平台验证结果比较,每个算法模块及整个SoC的时序精确率都在98%以上,功能方面100%正确,表明基于SystemC模型的系统级SoC设计策略的高效特性,而脱离硬件束缚的SystemC系统建模、高层次的快速仿真以及软硬件自动划分能力也充分体现了该系统级SoC设计策略快速可靠的特性。关键词:SoC论文视线跟踪论文SystemC论文软硬件划分论文FPGA论文

    摘要5-6

    Abstract6-10

    第一章 绪论10-19

    1.1 课题探讨背景10

    1.2 课题探讨内容及探讨作用10-13

    1.3 课题探讨近况13-17

    1.3.1 视线跟踪技术的探讨近况13-14

    1.3.2 系统级设计语言 SystemC 及其建模策略的探讨近况14-15

    1.3.3 FPGA 验证的探讨近况15-17

    1.4 本论文的组织结构17-19

    第二章 视线跟踪 SoC 的基本原理19-36

    2.1 人眼定位 ADABOOST 算法19-22

    2.1.1 基于积分图的 Haar-pke 特点值提取20-21

    2.1.2 基于 cascade 级联的人眼区域搜索21-22

    2.2 瞳孔中心定位算法22-26

    2.2.1 模板匹配瞳孔粗定位算法23-26

    2.2.2 基于图像不变矩的瞳孔精确定位算法26

    2.3 普尔钦斑点中心定位算法26-28

    2.4 SystemC 概述28-30

    2.5 SystemC 的分层模型浅析30-34

    2.6 本章小结34-36

    第三章 视线跟踪 SoC 的 SystemC 建模36-62

    3.1 基于 TLM 的视线跟踪 SoC 软硬件自动划分36-40

    3.1.1 SystemC 事务级建模特点36-37

    3.1.2 基于片上总线的视线跟踪 SOC架构37

    3.1.3 TLM 仿真验证及结果浅析37-40

    3.2 视线跟踪 SoC 的 SystemC RTL 模型框图设计40-41

    3.3 SoC 硬件部分向 SystemC 的 RTL 模型细化41-58

    3.3.1 人眼检测 Adaboost 模块41-52

    3.3.2 瞳孔粗定位模板匹配模块52-58

    3.4 软件部分——基于处理器 ISS(Instruction Set Simulator)的仿真验证58-61

    3.5 本章小结61-62

    第四章 视线跟踪 SoC 的 FPGA 原型验证62-78

    4.1 Adaboost 算法 HDL 模型的 RTL 设计与验证62-69

    4.1.1 积分图及平方积分图计算模块62-65

    4.1.2 Cascade 级联 Haar 特点值计算模块——流水线结构65-69

    4.2 模板匹配算法 HDL 模型的 RTL 设计与验证69-71

    4.2.1 人眼窗口二值化模块69-70

    4.2.2 瞳孔窗口匹配搜索模块——串并转换结构70-71

    4.3 基于 FPGA 的视线跟踪 SoC 的软硬件协同设计验证71-76

    4.3.1 SoPC 概述71-73

    4.3.2 视线跟踪 SoPC 的集成73-74

    4.3.3 验证结果浅析74-76

    4.4 基于 SystemC 模型的系统级 SoC 设计策略的总结76-77

    4.5 本章小结77-78

    结论与展望78-80

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