工業(yè)檢測應(yīng)用中可擴(kuò)展的微處理器視覺系統(tǒng)的評(píng)估框架

　　簡介

　　一般來說，在諸如機(jī)器視覺、目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別等要求嚴(yán)格的工業(yè)和軍事應(yīng)用場合中使用的成像系統(tǒng)都需要有實(shí)時(shí)高性能的計(jì)算處理能力。一直以來，這些成像系統(tǒng)依靠著專有的體系結(jié)構(gòu)和定制的組件實(shí)現(xiàn)各自的性能，但近年來高性能通用微處理器技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)使人們生產(chǎn)出了大量可應(yīng)用于高性能處理系統(tǒng)的低成本元件。

　　高性能成像系統(tǒng)尤其是使用了可擴(kuò)展的多處理器體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的一個(gè)普遍缺陷就是不能平衡好計(jì)算帶寬和帶I/O接口的存儲(chǔ)帶寬之間的關(guān)系。最近，帶有大容量內(nèi)部高速緩存和高性能外部存儲(chǔ)器接口的微處理器的引入，使得設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算和存儲(chǔ)帶寬之間得到平衡的高性能成像系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)。

　　微處理器利用了板級(jí)存儲(chǔ)器和I/O體系結(jié)構(gòu)，使用這種微處理器及存儲(chǔ)器的系統(tǒng)有一個(gè)重要性能。系統(tǒng)并不擴(kuò)展存儲(chǔ)器總線帶寬，同樣的，微處理器的引入一般不是為了改善性能，在提升了一些性能后它們會(huì)達(dá)到一個(gè)極限值。另外，I/O帶寬在總體性能上發(fā)揮著重要的作用。

　　這篇文章的目的是為了引入一個(gè)框架，使得開發(fā)者能夠選擇一個(gè)能提供實(shí)時(shí)視覺應(yīng)用場合所需要的性能和可擴(kuò)展性的微處理器系統(tǒng)。在可編程成像系統(tǒng)的選擇問題上，我們重點(diǎn)考慮下面三個(gè)方面：（ａ）系統(tǒng)是“本機(jī)”的還是采用協(xié)處理器模型？（ｂ）哪種處理器在平衡應(yīng)用中的處理和I/O關(guān)系上更具恰當(dāng)性？（ｃ）總成本是多少？為了更好的理解我們的假設(shè)，我們將對(duì)四種不同的處理器在元件檢測應(yīng)用中表現(xiàn)出的性能進(jìn)行分析。

　　微處理器評(píng)估

　　為了體現(xiàn)各種具有尖端技術(shù)的微處理器的優(yōu)點(diǎn)，我們選擇了四種新型微處理器進(jìn)行評(píng)估：Analog Devices公司的21160Hammerhead，Intel®（P3-450）,Philips公司的半導(dǎo)體TM1300 TriMedia和德州儀器（TI）的C6701．你也可以使用這種框架評(píng)估其他的處理器。

　　下表給出了所選處理器的重要特性。假定各種處理器在測試計(jì)算性能時(shí)是相互獨(dú)立的。集群模式設(shè)計(jì)將很快使總線達(dá)到飽和——也就是說增加額外的處理器并不能達(dá)到提升速度以提高計(jì)算性能的目的。做出這個(gè)假定是因?yàn)榇蠖鄶?shù)多處理器為了達(dá)到可擴(kuò)展性，其協(xié)處理器板已經(jīng)獨(dú)立開或采用本地存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)。唯一采用非本地存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)的是PⅢ-450,引入它是為了與其他處理器進(jìn)行比較。

　　上表的性能參數(shù)在它們各自公司的文獻(xiàn)中可以找到，它們是以優(yōu)化了的匯編語言程序?yàn)榛A(chǔ)的。除了Intel使用復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)（CISC）外，所有的微處理器都使用了超長指令集架構(gòu)（VLIW）體系結(jié)構(gòu)。每個(gè)CPU的膠連邏輯成本體現(xiàn)了連接處理器與外在系統(tǒng)所需額外組件的成本。 

        應(yīng)用描述：產(chǎn)品線上的元件工業(yè)檢測

　　當(dāng)產(chǎn)品經(jīng)過檢測站時(shí)，檢測站檢測產(chǎn)品的顏色和形狀，然后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來判斷是否接受這件產(chǎn)品。元件以任意角度安置在傳送器上以供成像。檢測算法檢測連接顏色和形狀的區(qū)域，并處理在這些區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)，再把結(jié)果應(yīng)用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別器中。產(chǎn)品在快速駛下生產(chǎn)線的時(shí)候被檢測。照相機(jī)以每秒３０張的速度收集圖像以確保在每張圖像上有至少有５０％交疊，從而確保每一部分至少有一次被完全顯現(xiàn)。圖像規(guī)格是512×512，24位彩色（ＲＧＢ）．