基于FPGA的数据块按BIT旋转装置及方法.pdf

本发明公开了一种基于FPGA的数据块按bit旋转装置，包括了数据输入单元，数据存储单元，数据旋转单元和数据输出单元；本发明还公开了一种基于FPGA的数据块按bit旋转方法，包括数据连续写入控制，数据分块读取控制，数据旋转控制，数据分块写入控制和数据输出控制；相比较通过通用计算机实现的旋转，本发明提供的旋转可以实现在有限的FPGA资源利用下有更高的旋转效率。

权利要求书
1.  一种基于FPGA的数据块按bit旋转的方法，其特征在于，包括：
数据连续写入控制的步骤，将待处理的数据块按顺序连续写入缓存，识别出待旋转的数据块，将不需要旋转的数据块直接输出；
数据分块读取控制的步骤，将待旋转的数据块按64bit×64bit的大小划分为若干个子数据块，逐个读取所有子数据块；
数据旋转控制的步骤，将读入的子数据块进行旋转；
数据分块写入控制的步骤，将旋转后的子数据块写入缓存，且旋转后的子数据块在缓存中的地址为其旋转前的地址；
数据输出控制的步骤，当待旋转的数据块中所有的子数据块都完成旋转后，将缓存中旋转后的数据块输出。

2.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的数据连续写入控制的步骤中，每次向缓存写入一个待处理的数据块，且直至写入完成时再进行数据分块读取控制的步骤。

3.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的数据输出控制的步骤中，将旋转后的数据块持续输出直至该旋转后的数据块输出完毕，再进行下一旋转后的数据块的输出。

4.  一种基于FPGA的数据块按bit旋转的装置，其特征在于，包括：数据输入单元(110)、数据存储单元(120)、数据旋转单元(130)和数据输出单元(140)，其中：
所述的数据输入单元(110)，用于按顺序连续将待处理的数据块读入；
所述的数据存储单元(120)，用于在数据输入单元(110)的待处理的数据块中识别出不需要旋转的数据块直接输出，将待旋转的数据块按64bitx64bit的大小划分为若干个子数据块，逐个读取所有子数据块发送至数据旋转单元(130)，也用于读入数据旋转单元(130)中完成旋转的子数据块；
所述的数据旋转单元(130)，用于将数据存储单元(120)发送的子数据块进行旋转；
所述的数据输出单元(140)，用于当待旋转的数据块中所有的子数据块都完成旋转后，将数据存储单元(120)中完成旋转的数据块输出。

5.  一种基于FPGA的数码印花机扫描行按bit旋转的方法，包括如下步骤
(1)数据连续写入控制的步骤，将待处理的数码印花机扫描行按顺序连续写入缓存，识别出待旋转的数码印花机扫描行，将不需要旋转的数码印花机扫描行直接输出；
(2)数据分块读取控制的步骤，将待旋转的数码印花机扫描行按64bitx64bit的大小划分为若干个子数据块，逐个读取所有子数据块；
(3)数据旋转控制的步骤，将读入的子数据块进行旋转；
(4)数据分块写入控制的步骤，将旋转后的子数据块写入缓存，且旋转后的子数据块在缓存中的地址为其旋转前的地址；
(5)数据输出控制的步骤，当待旋转的数码印花机扫描行中所有的子数据块都完成旋转后，将缓存中旋转后的数码印花机扫描行输出。

说明书基于FPGA的数据块按bit旋转装置及方法
技术领域
本发明涉及FPGA技术及数码印花技术，具体来说是一种基于FPGA的数据块按bit旋转装置及方法。
背景技术
在印花打印机的结构中，对于数据的旋转处理运用通用计算机来完成，而通用计算机在对于bit的旋转操作上的效率不高，无法满足印花机高速打印的所需要的数据吞吐量，所以在数据按bit旋转的速度成为了印花机的关键所在，其旋转的效率直接影响了印花机的产能。
近年来FPGA技术取得了飞速发展，已经从最初只能面向纯逻辑替代的应用转变为能够面向复杂的计算密集型应用。最新推出的FPGA器件中，不仅集成有丰富的可配置逻辑块资源(Configurable Logic Block，CLB)，还包括大量面向计算密集应用的DSP单元、块状RAM(BlockRAM，BRAM)和用于高速串行通信的RocketIO GTP收发器单元。同时为方便FPGA的调试，各FPGA厂商还推出了片内逻辑分析测试工具(如Xilinx公司的ChipScope)，在软硬件上保证了在FPGA上实现高性能计算的可行性。
发明内容
本发明提供了一种采用基于FPGA的数据块按bit旋转方法，来提高数据的旋转效率，以实现印花机高效能的产出。
一种基于FPGA的数据块按bit旋转的方法，包括：
(1)数据连续写入控制的步骤，将待处理的数据块按顺序连续写入缓存，识别出待旋转的数据块，将不需要旋转的数据块直接输出；
将待处理的数据块按顺序连续写入时，每次向缓存写入一个待处理的数据块，且直至该待处理的数据块写入完成时再进行数据分块读取控制的步骤。
(2)数据分块读取控制的步骤，将待旋转的数据块按64bit×64bit的大小划分为若干个子数据块，逐个读取所有子数据块；
(3)数据旋转控制的步骤，将读入的子数据块进行旋转；
(4)数据分块写入控制的步骤，将旋转后的子数据块写入缓存，且旋转后的子数据块在缓存中的地址为其旋转前的地址；
(5)数据输出控制的步骤，当待旋转的数据块中所有的子数据块都完成旋转后(即整个待旋转的数据块完成了旋转，得到了旋转后的数据块)，将缓存中旋转后的数据块输出。
将旋转后的数据块输出时，持续输出当前旋转后的数据块，直至该旋转后的数据块输出完毕，再进行下一旋转后的数据块的输出。
本发明还提供了一种基于FPGA的数据块按bit旋转的装置，包括：数据输入单元、数据存储单元、数据旋转单元和数据输出单元，其中：
所述的数据输入单元，用于按顺序连续将待处理的数据块读入；
所述的数据存储单元，用于在数据输入单元的待处理的数据块中识别出不需要旋转的数据块直接输出，将待旋转的数据块按64bit x 64bit的大小划分为若干个子数据块，逐个读取所有子数据块发送至数据旋转单元，也用于读入数据旋转单元中完成旋转的子数据块；
所述的数据旋转单元，用于将数据存储单元发送的子数据块进行旋转；
所述的数据输出单元，用于当待旋转的数据块中所有的子数据块都完成旋转后，将数据存储单元中完成旋转的数据块输出。
本发明在对于大数据块的旋转策略是：将大块的数据分割成64bit×64bit大小的数据块进行分块旋转，选择64bit×64bit的大小可以实现使用FPGA内部的RAM块资源，同时也考虑了小块旋转所占用的逻辑资源，同时，外部扩展的DDR2存储器的位宽为16bit，64bit正好是DDR2的一个burst length为4的一个burst操作，可以提高DDR2的操作效率，在以上因素的综合下，采用了这样一个大小的分块来实现大块的旋转，很明显本发明对需要旋转的数据块有以下一个要求：数据块的宽度和高度必须是64bit的整数倍。
结合具体技术领域，本发明提供了一种基于FPGA的数码印花机扫描行按bit旋转的方法，包括如下步骤
(1)数据连续写入控制的步骤，将待处理的数码印花机扫描行(即待打印的扫描行，现有数码印花技术中，根据打印机的喷头个数将完整的图像分割成若干个扫描行)按顺序连续写入缓存，识别出待旋转的数码印花机扫描行，将不需要旋转的数码印花机扫描行直接输出；
将待处理的数码印花机扫描行按顺序连续写入时，每次向缓存写入一个待处理的数码印花机扫描行，且直至该待处理的数码印花机扫描行写入完成时再进行数据分块读取控制的步骤。
(2)数据分块读取控制的步骤，将待旋转的数码印花机扫描行按64bitx 64bit的大小划分为若干个子数据块，逐个读取所有子数据块；
(3)数据旋转控制的步骤，将读入的子数据块进行旋转；
(4)数据分块写入控制的步骤，将旋转后的子数据块写入缓存，且旋转后的子数据块在缓存中的地址为其旋转前的地址；
(5)数据输出控制的步骤，当待旋转的数码印花机扫描行中所有的子数据块都完成旋转后(即整个待旋转的数码印花机扫描行完成了旋转，得到了旋转后的数码印花机扫描行)，将缓存中旋转后的数码印花机扫描行输出。
将旋转后的数码印花机扫描行输出时，持续输出当前旋转后的数码印花机扫描行，直至该旋转后的数码印花机扫描行输出完毕，再进行下一旋转后的数码印花机扫描行的输出。
本发明方法可提高数据的旋转效率，实现印花机高效能的产出。
附图说明
图1为本发明装置实现的功能示意图；
图2为本发明装置的内部结构示意图；
图3为本发明装置中数据存储单元的有限状态机的示意图；
图4为本发明装置中数据存储单元中分块旋转后数据存储示意框图；
图5为本发明方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明完成的工作即将一个M bit×N bit的矩阵实现旋转为N bit×M bit的矩阵。
如图2所示，本发明的旋转装置的内部结构，包括：数据输入单元110、数据存储单元120、数据旋转单元130和数据输出单元140，其中：
所述的数据输入单元110，用于按顺序连续将待处理的数据块读入；
数据块为数码印花机的一个待打印的扫描行；在现有数码印花机领域中，一般是工业计算机通过软件将待打印的扫描行进行旋转，而本发明是将待打印的扫描行从工业计算机传输至数据输入单元110后再进行旋转。为了适应工业计算机与数据输入单元110之间的数据传输，可以是工业计算机先将待打印的扫描行进行打包，再通过中间设备转发(其中包括对打包后数据的接收、解析等)至数据输入单元110。中间设备可以采用通用的嵌入式处理器以及相应的存储芯片。
所述的数据存储单元120，用于在数据输入单元110的待处理的数据块中识别出不需要旋转的数据块直接输出，将待旋转的数据块按64bit x64bit的大小划分为若干个子数据块，逐个读取所有子数据块发送至数据旋转单元130，也用于读入数据旋转单元130中完成旋转的子数据块；
所述的数据旋转单元130，用于将数据存储单元120发送的子数据块进行旋转；
所述的数据输出单元140，用于当待旋转的数据块中所有的子数据块都完成旋转后，将数据存储单元120中完成旋转的数据块输出。
如图3所示，数据存储单元的有限状态机，工作如下：
系统复位后，数据存储单元首先进入空闲状态，当有数据输入的请求时，跳入数据连续写入的状态，完成了数据连续写入后，若数据块不需要旋转，则进入数据连续读取的状态，直到将数据连续读取完毕后进入空闲状态，若数据块需要旋转，则进入数据分块读取状态(即子数据块的读取)，完成子数据块的读取后，进入空闲状态，等待子数据块完成旋转后，需要将完成旋转的子数据块写入数据存储单元，进入数据分块写入状态(即子数据块的写入)，在完成写入后判断是否将所有子数据块都完成了旋转，若否，则跳入数据分块读取状态，循环数据的分块旋转的操作，若是，则进入数据跳跃读出的状态，按照特定的地址读取顺序将数据读出，直到将整个数据块读取完毕了，进入空闲状态。
如图4所示，由于64bit×64bit的子数据块在旋转前和旋转后实现了数据行、列的转换，所以为了输出完整的行、列的转换后的图象数据，在整个数据块进行输出时，首先开始读取block1(一个旋转后的子数据块)的第一行，然后是block 2的第一行，......直到block N/64的第一行，接下来开始block 1的第二行，然后是block 2的第二行，......直到block N/64的第二行，......当完成前N/64个block的64行数据的读取之后，开始block(N/64+1)的第一行，block(N/64+2)的第一行......以此类推，将所有的数据读取完毕。
需要说明的是，block1的第一行是该子数据块(未旋转的)的第一列，以此类推，可以看出分块旋转后的数据在数据存储单元的存储方式，以及数据的跳跃读取的地址变化规律，那么通过这样的输出方式可以输出完整的行、列的转换后的图象数据。
如图5所示，采用本发明方法对数码印花机扫描行按bit旋转时，包括如下步骤
将待处理的数码印花机扫描行按顺序连续写入缓存，识别出待旋转的数码印花机扫描行，将不需要旋转的数码印花机扫描行直接输出；
将待旋转的数码印花机扫描行按64bit×64bit的大小划分为若干个子数据块，逐个读取所有子数据块；
将读入的子数据块进行旋转；
将旋转后的子数据块写入缓存，且旋转后的子数据块在缓存中的地址为其旋转前的地址；
当待旋转的数码印花机扫描行中所有的子数据块都完成旋转后(即整个待旋转的数码印花机扫描行完成了旋转，得到了旋转后的数码印花机扫描行)，将缓存中旋转后的数码印花机扫描行输出。
将旋转后的数码印花机扫描行输出时，持续输出当前旋转后的数码印花机扫描行，直至该旋转后的数码印花机扫描行输出完毕，再进行下一旋转后的数码印花机扫描行的输出。