[发明专利]一种基于行缓存机制的卷积层融合存储装置及方法

权利要求书

1.一种基于行缓存机制的卷积层融合存储装置，其特征在于，包括：

DDR存储器，用于存储原始输入图像数据和最终输出的特征图；

片上RAM，用于基于行缓存机制存储卷积层首层的输入图像数据和层间计算结果；

DDR控制器，用于控制片上RAM与DDR存储器的数据交互过程；

计算模块，包括数据分发模块、卷积运算阵列和结果收集模块，用于按照层融合的分块策略，对图像分块数据进行卷积计算，并将结果存入片上RAM中。

2.根据权利要求1所述的一种基于行缓存机制的卷积层融合存储装置，其特征在于，所述DDR控制器包括读控制器和写控制器，分别用于在读写图像分块数据的过程中，控制片上RAM的读写地址。

3.根据权利要求1所述的一种基于行缓存机制的卷积层融合存储装置，其特征在于，在卷积层的每一层都配置一块片上RAM，第一层的片上RAM用于存储输入图像数据，其余每个卷积层的片上RAM用于存储层间计算结果。

4.根据权利要求1所述的一种基于行缓存机制的卷积层融合存储装置，其特征在于，所述数据分发模块，用于按照层融合的分块策略，从片上RAM中读出对应的数据传输给卷积运算阵列进行计算；所述卷积运算阵列，用于对数据分块模块传输的数据进行多层网络的卷积运算；所述结果收集模块，用于接收卷积运算阵列的卷积结果，将结果进行拼接，得到下一层的输入并写入对应的片上RAM内。

5.利用如权利要求1所述一种基于行缓存机制的卷积层融合存储装置的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)数据分发模块从DDR存储器的相应地址搬运卷积层首层第一个图像分块的数据至片上RAM；并从片上RAM中取出上述数据给卷积运算阵列进行计算；

(2)结果收集模块收集首层第一个分块的计算结果，由DDR控制器将结果写入片上RAM；

(3)首层其余图像分块的计算重复步骤(1)-步骤(2)，直到卷积层首层所有分块计算完成，卷积层首层计算的特征图写入片上RAM；

(4)从片上RAM读取卷积层首层得到的特征图进行卷积层第二层的计算，重复步骤(1)-步骤(3)，直到得到最终输出的特征图，并将最终输出的特征图写入DDR存储器。

6.根据权利要求5所述的一种基于行缓存机制的卷积层融合存储方法，其特征在于，步骤(1)和(2)中，由于图像分块之间有部分重叠，每次从DDR存储器往片上RAM搬运图像分块数据时，为了复用重叠部分的数据，要对片上RAM的读写地址进行控制。

7.根据权利要求5所述的一种基于行缓存机制的卷积层融合存储方法，其特征在于，对片上RAM的读写地址进行控制的具体步骤如下：

1)当写一个分块的数据到片上RAM时，记录其最后写入的地址last_addr；

2)在写下一个分块到片上RAM时，从last_addr+1开始写，写到片上RAM最底部时返回第零行继续；

3)对于有数据复用的分块，则从last_addr-复用行数的地址进行读取。