[发明专利]一种基于存内计算的卷积加速计算系统及方法

权利要求书

1.一种基于存内计算的卷积加速计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在存储模式下，将卷积核和输入特征图数据按行串行加载进存内计算IP中；

S2，当数据加载完毕后，在存内计算IP内首先以元素为单位逐位进行乘法运算，当一个元素乘法完成后再逐位进行加法运算获得部分和累加结果；

S3，当一个元素的乘加运算结束后，如果一次卷积没有结束，则保持卷积核不变，将输入特征图元素地址移动至下一个元素起始地址，重复进行乘法和加法运算，直至整个卷积核元素均执行完毕得到计算结果，将计算结果在存储模式下进行读取，即可完成存内计算的卷积加速计算。

2.根据权利要求1所述的一种基于存内计算的卷积加速计算方法，其特征在于，将卷积核与输入特征图的对应区域进行乘累加得到一个位置输出结果，然后按步长在输入特征图上移动并进行相同操作。

3.根据权利要求1所述的一种基于存内计算的卷积加速计算方法，其特征在于，具体的，将卷积核的元素写入SRAM每行固定位置，同时将输入特征图不同的数据加载到SRAM各行中，最终在列方向将形成初始化结果。

4.根据权利要求1所述的一种基于存内计算的卷积加速计算方法，其特征在于，当数据加载完毕后，在SRAM中进行列操作，并行执行乘法操作。

5.根据权利要求1所述的一种基于存内计算的卷积加速计算方法，其特征在于，在执行加法时，将加法结果空间高位补2个零，按位执行6个周期后即可完成加法操作。

6.一种基于存内计算的卷积加速计算系统，其特征在于，包括卷积加速器指令接口、计数器组和状态机组；卷积加速指令接口用于接收处理器发出的卷积运算控制信号和待运算数据，并将接收到的卷积运算控制信号和待运算数据进行解析，将解析数据传输至计算器组；

计数器组根据解析数据有序进行存内计算IP初始化、乘法逐位计算、加法逐位计算以及操作数的切换，实现卷积进程的周期控制；状态机组用于数据的加载、乘法与加法操作中源操作数与目的操作数地址的精确控制。

7.根据权利要求6所述的一种基于存内计算的卷积加速计算系统，其特征在于，卷积加速器指令接口将接收到处理器指令解析出存内计算IP的模式控制信号、初始化状态机所使用的运算数据以及对计数器组的计数配置值，同时监控所有计数器的溢出信号，以确定运算的阶段状态，最终通过存内计算IP的读数据端口取得卷积运算结果。

8.根据权利要求6所述的一种基于存内计算的卷积加速计算系统，其特征在于，计数器组包括行计数器、操作数位宽计数器、结果位宽计数器和卷积核元素计数器；

行计数器接收来自指令接口的待运算数据个数作为计数器预置值，在使能信号有效后即按周期自增计数，该计数器预置值作为使能信号控制初始化状态机对存内计算IP按行加载数据；当计数值达到预置值时产生预置溢出信号，将预置溢出信号返回给指令接口同时发往下一级的操作数位宽计数器；

操作数位宽计数器接收指令接口的乘法操作数位宽作为计数预置值，当前一级行计数器溢出后，令乘法状态机对存内计算IP按周期逐位进行乘法，同时最后一级卷积核元素计数器的溢出信号通过反相器后与行计数器的预置溢出信号经过与门作为使能信号，当操作数位宽计数值达到预置值时产生操作数溢出信号，将操作数溢出信号返回给指令接口同时发往下一级的结果位宽计数器；

结果位宽计数器接收指令接口的加法操作数位宽作为计数预置值，控制加法状态机逐位进行累加操作，当结果位宽计数值达到预置值时产生结果溢出信号，结果溢出信号传输至下一级卷积核元素计数器；

卷积核元素计数器收来自指令接口的卷积核元素个数作为卷积核元素计数器预置值，当卷积核元素数值达到预置值时产生溢出信号，卷积核元素计数器的溢出信号通过反相器后与行计数器的预置溢出信号经过与门作为使能信号。