extendendo o conjunto de instruções de um ppc para uso de

Estendendo o Conjunto de Instruções de um PPC para Uso

de Transformadas do H.264Marcelo Schiavon Porto

Roger E. C. Porto{msporto, recporto}@inf.ufrgs.br

CMP237 - Arquitetura e Organização de Processadores


2Introdução

• O padrão H.264/AVC é o mais novo padrão para compressão de vídeo digital.

• O H.264 foi desenvolvido para proporcionar taxas de compressão significativamente superiores aos

padrões de compressão existentes até então.


3Codificador H.264

Diagrama em blocos do codificador H.264


4Decodificador H.264

Diagrama em blocos do decodificador H.264


5Transformada Inversa


6Motivação

Possibilidade de extensão do conjunto de instruções do PPC;

Uso de instruções especializadas para co-processamento;


7Problemas encontrados

Na realidade a extensão do conjunto de instruções só é possível para o Virtex4;

Para o Virtex2 Pró só é possível extender o conjunto de instruções com um subconjunto oferecido pela Xilinx.


8Solução aplicada

Implementar Hadamard inversa 4x4:

Implementação em software: rodando em um PowerPC;

Implementação em hardware: mapeada para o FPGA.


9Decodificador H.264

Seqüência de transmissão dos elementos de um macrobloco


10Algoritmo da Hadamard 4x4

Algoritmo da Hadamard inversa 4x4


11Arquitetura da Hadamard 4x4

Arquitetura da Hadamard inversa 4x4


12Resultados de Síntese

Dispositivo utilizado: 2vp30fg676-6

Número de Slices: 1478 (10%)Number of Slice Flip Flops: 2126 (7%)Number of 4 input LUTs: 606 (2%)

Freqüência: 202,02MHz

Throughput: 202 milhões de amostras por segundo


13Metodologia

Hadamard 4x4

PPC

FPGA

MEM


14Placa Digilent XUP-V2P

•FPGA Virtex II Pro XC2VP30 com 30.816

células lógicas e 2 PowerPC hardwired;

•Memória DIMM SDRAM DDR (até

2Gbytes);

•Porta USB2;

•Porta serial RS-232;

•Etc...


15Xilinx Platform Studio

Detalhe do XPS mostrando a aplicação em C rodando no PowerPC



Detalhe do XPS mostrando os arquivos VHDL de uma das transformadas



Detalhe do XPS mostrando os componentes envolvidos na prototipação


18Arquivos Texto

Arquivo com os valores de entrada extraídos do código de referência do H.264


19Terminal

Detalhe dos resultados de cálculo sendo mostrados no terminal


20Arquivos Texto

Detalhes do arquivo resultante da comparação de resultados


21Tarefas

Estudo das características do PowerPC;

Estudo mais aprofundado sobre a comunicação entre os componentes envolvidos no projeto (processador, memória, co-processador);

Desenvolvimento dos códigos;

Verificação e prototipação;

Comparação dos resultados;


22Conclusões

Para o Virtex2 Pro só é possível extender o conjunto de instruções com um subconjunto oferecido pela Xilinx.

Taxa de processamento da IHAD 4x4 foi de 202 milhões de amostras por segundo, suficiente para HDTV.


23Trabalhos Futuros

Como trabalhos futuros, pretendemos utilizar algum processador descrito em VHDL que possua seu código aberto e inserir instruções especificas para o co-processamento das transformadas do padrão H.264.

Desta forma poderemos desenvolver, rapidamente códigos que utilizem os IPs existentes para as transformadas do padrão.


24ReferênciasDIGILENT. Digilent Inc. – Digital Design Engineer’s Source. Disponível em: <http://www.digilent.com>. Acesso em: 06 jun. 2006.

HENNESSY, J. L. Organização e projeto de computadores : a interface hardware/software. 2. ed. Rio de Janeiro : LTC, c2000.

IBM. PowerPC Microprocessor Family: The Programming Environments for 32-Bit Microprocessors. Disponível em: <http://www.digilent.com>. Acesso em: 19 jun. 2006.

XILINX. PowerPC™ 405 Processor Block Reference Guide: EmbeddedDevelopment Kit. Disponível em: <http://www.xilinx.com>. Acesso em: 14 jun. 2006.

XILINX. PowerPC Instruction Set Extension Guide: ISA Support for the PowerPCAPU Controller in Virtex-4. Disponível em: <http://www.xilinx.com>. Acesso em: 14 jun. 2006.

XILINX. Virtex II Pro: PowerPC 405 Processor. Disponível em: <http://www.xilinx.com/products/silicon_solutions/fpgas/virtex/virtex_ii_pro_fpgas/capabilities/powerpc.htm>. Acesso em: 06 jun. 2006.

XILINX. Xilinx: The Programmable Logic Company. Disponível em: <http://www.xilinx.com>. Acesso em: 06 jun. 2006.

XILINX. Xilinx University Program Virtex-II Pro Development System: Hardware Reference Manual. Disponível em: <http://www.xilinx.com>. Acesso em: 06 jun. 2006.

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