一種基于Mailbox核間機(jī)制的多核處理系統(tǒng)摘要：隨著電子產(chǎn)業(yè).工商業(yè)以及軍事化產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，越來越多的復(fù)雜運(yùn)算已經(jīng)無法單純利用算法上的優(yōu)化處理來大幅提升執(zhí)行速度.為了解決日益復(fù)雜的計算問題，利用多核處理勢必成為一種大勢所趨.所以著手從多核和單核對比出發(fā)，利用Xilinx的XUPVirtex-2Pro建立多核處理平臺（基于SharedMemory通信機(jī)制）以及單核平臺，并將相同的圖像處理算法DCT分別運(yùn)行在所構(gòu)造的基于FPGA的單核和多核硬件平臺上，觀察實驗結(jié)果，比較多核和單核運(yùn)行所需的時間以及資源的消耗，最終的結(jié)果有力的說明多核在圖像處理方面的絕對優(yōu)勢。0引言基于FPGA的嵌入式應(yīng)用在近幾年來作為一個比較新穎的課題，已經(jīng)在通信.消費(fèi)電子.醫(yī)療.工業(yè)和軍事等諸多領(lǐng)域占據(jù)了相當(dāng)重要的地位.相對于其他芯片來說，使用FPGA設(shè)計的電路執(zhí)行速度快.上市時間短.成本低廉.可靠性高以及易于維護(hù)升級.正是這些優(yōu)點(diǎn)才使得FPGA的應(yīng)用范圍越來越廣泛，備受各個領(lǐng)域設(shè)計師們的青睞.但是有關(guān)于它在多核體系上的研究卻一直很少有人涉及.本文在研究各種核間通信機(jī)制的基礎(chǔ)上，提出了一種基于Mailbox核間機(jī)制的多核處理系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中集成了Xilinx的軟核處理器Microblaze,其降低了使用多信號處理板但來的成本問題同時還節(jié)省了空間，對更好的發(fā)揮多核系統(tǒng)提出了新的解決方案.1總線機(jī)制與核間通信機(jī)制在多核嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計中，核間通信機(jī)制與核間傳輸總線在選用時很有講究，常用的總線有：OPB總線.PLB總線.XCL總線.FSL總線.LMB總線，同時多核通信系統(tǒng)中常用的通信機(jī)制以及通信手段包括：Mailbox,Mu-tex,SharedMemory,Interrupt,PLBv46_PLBv46Bridge,FSL互連機(jī)制，DMAController等.如圖1所示。

1.1PLB總線PLB總線（ProcessorLocalBus）總線包括了一個總線控制單元.一個看門狗定時器以及獨(dú)立的地址和讀/寫數(shù)據(jù)路徑單元，另外，還包括了一個可選用的DCR（DeviceControlRegister）從接口以提供對總線錯誤狀態(tài)寄存器的訪問。1.2LMB總線LMB總線主要用來連接片上BRAM（BlockRAM）.為了能在一個時鐘周期內(nèi)完成訪問，LMB采用了最少的控制信號和簡單協(xié)議的方式.它分為指令寄存器DLMB和數(shù)據(jù)寄存器ILMB兩類接口，而且這些接口只和BRAM連接。1.3SharedMemory通信機(jī)制共享內(nèi)存是一種典型的快速異步通信機(jī)制，因其使得零拷貝有可能實現(xiàn)，固非常適用于大于1000B的大型數(shù)據(jù)量共享的情況，共享內(nèi)存可分為兩種：BlockRAM和外部內(nèi)存DDRR。2RGB2YCrCb算法以及DCT算法介紹RGB,YCrCb是表示顏色時經(jīng)常用到的兩種顏色空間，在應(yīng)用中經(jīng)常需要實現(xiàn)它們之間的轉(zhuǎn)換.例如在人臉檢測中就常常用到Y(jié)CrCb空間，因為一般的圖像都是基于RGB空間的，在RGB空間里人臉的膚色受亮度影響相當(dāng)大，所以膚色點(diǎn)很難從非膚色點(diǎn)中分離出來，也就是說在此空間經(jīng)過處理后，膚色點(diǎn)是離散的點(diǎn)，中間嵌有很多非膚色，這為膚色區(qū)域標(biāo)定（人臉標(biāo)定.眼睛等）帶來了難題.如果把RGB轉(zhuǎn)為YCrCb空間的話，可以忽略Y（亮度）的影響，因為該空間受亮度影響很小，膚色會產(chǎn)生很好的類聚。而DCT變換是視頻壓縮編解碼器中很重要的一部分，被廣泛應(yīng)用于各種視頻格式的編碼算法中，例如：

JPEG,MPEG1,MPEG2,H.264等.DCT是先將整體圖像分為N×N的像素塊，然后對N×N的像素塊逐一進(jìn)行DCT變換.由于大多數(shù)圖像的高頻分量較小，對應(yīng)于圖像高頻分量的系數(shù)經(jīng)常為零，加上人眼對于高頻成分的失真不太敏感，所以可以用更粗糙的量化.因此，傳送變換系數(shù)的數(shù)碼率要大大小于傳送圖像像素所用的數(shù)碼率.圖像到達(dá)接收端后通過反離散余弦變換回到樣值，雖然會有一定的是真，但人眼是可以接受的，公式如下：式中C（u）和C（v）在u.v為0時等于12,其他情況下均為1,而x,u=0,1,2,…，M–1;y,v=0,1,2,…，N–1.3多核系統(tǒng)設(shè)計環(huán)境與系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計本文所采用的軟件開發(fā)環(huán)境是Xilinx公司旗下的ISE10.1開發(fā)套件，硬件開發(fā)平臺采用的是Xilinx的XUPVirtex-2Pro[8-9]開發(fā)板，而IS