Image Ver3

概要

Ver3 は jelly3_ 系の Image 実装群です。mat_if ベースの接続を中核に設計されています。

可能な範囲で OpenCV の命名に近づくようにしています。

画像としても行列としても扱いそうなデータは Mat を命名のベースとし、明らかに画像にしか施さない演算を行うものは Img を命名のベースとしています。

Ver3 では、画像データの受け渡しに jelly3_mat_if.sv でインターフェースを定義しています。

これは主に、valid/ready のハンドシェーク記述が苦手な方でも画像パイプラインを組みやすくするための設計です。valid/ready で厳密にストール制御する設計とは思想が異なるため、HLS との相性は良くありません。

jelly3_mat_if は、用途に合わせてインタフェース幅や有効信号の扱いを変更できるようにパラメータ化されています。

特に Ver3 では TAPS により、1 サイクルで複数ピクセルを同時に処理する構成を取りやすくなっています。

parameter	description
`USE_DE`	`de` 信号を使用するかを指定します。
`USE_USER`	`user` 信号を使用するかを指定します。
`USE_VALID`	`valid` 信号を使用するかを指定します。
`TAPS`	1 サイクルで同時に扱う画素タップ数です。`data[TAPS-1:0]` の形で並列処理できます。
`DE_BITS`	`de` のビット幅です。既定値は `TAPS` です。用途に応じて 1bit 集約にもできます。
`CH_DEPTH`	1 画素あたりのチャネル数です。例: RGB なら 3 です。
`CH_BITS`	1 チャネルあたりのビット幅です。
`ROWS_BITS`	行数 (`rows`) を表現するビット幅です。
`COLS_BITS`	列数 (`cols`) を表現するビット幅です。
`DATA_BITS`	データ総ビット幅です。通常 `CH_DEPTH * CH_BITS` です。
`USER_BITS`	`user` 信号のビット幅です。

TAPS を増やすとスループットを上げやすくなりますが、周辺のバッファ構成や演算器リソースも合わせて設計する必要があります。

jelly3_mat_if の主な信号は以下の通りです。

jelly3_mat_if.sv では TAPS、CH_DEPTH、CH_BITS などをパラメータ化しており、フィルタや並列処理の都合に合わせてデータ形状を合わせられます。

jelly3_mat_if のバスは有効ピクセルが無い場合や出力側が受けられない(バックプレッシャー)時に cke(クロックイネーブル)をネゲートするのが特徴です。

したがって、cke の有効な期間のみを処理すれば、データはすべて連続となり、パイプラインステージにおいてステージ前後のデータが左右のピクセルに必ず対応することを保証できます。

つまり

always_ff @(posedge mat.clk) begin
    if ( mat.reset ) begin
        ...
    end
    else if ( mat.cke ) begin
        ...
    end
end

という形を保っている限りにおいて、データは常に連続してやってきているとみなしてハンドシェークを意識しないプログラミングが可能です。

jelly3_mat_if には多くの信号線があり、すべてにリセットを掛けるのは非効率です。

そこで、reset と cke 以外の信号については、valid が 1 の時のみ有効とするというルールの元、valid のみにリセットを掛ければ良いように設計しています。

jelly3_axi4s_to_mat.sv と jelly3_mat_to_axi4s.sv により、AXI4-Stream との相互変換が可能です。

jelly3_axi4s_to_mat.sv
- tuser[0] をフレーム開始として解釈します。
- param_rows/param_cols を基準に row_first/row_last/col_first/col_last を生成します。
- 必要に応じて param_blank 行のブランキングを挿入します。
jelly3_mat_to_axi4s.sv
- row_first && col_first をフレーム開始として tuser[0] を立てます。
- col_last を tlast に対応させます。
- tvalid は de && valid && cke を使って生成します。