• 电路与系统 • 下一篇
程虎1,2,3,杨克成1,杨赟辉2,3
CHENG Hu1,2,3, YANG Kecheng1, YANG Yunhui2,3
摘要: 为提升YOLOv4算法在远距离暗弱目标检测场景中的实时应用性能,本文面向大分辨率图像输入,设计了一种基于Zynq FPGA异构平台的YOLOv4前向推理加速器。针对高分辨率输入带来的存储带宽瓶颈问题,提出双路DRAM并行访存架构,并结合流水化任务调度机制,实现权重与特征数据的并发访问以提升带宽利用率。针对卷积层计算密集的特点,采用循环分块与Im2col-GEMM计算映射方法,实现卷积计算吞吐与存储带宽之间的高效匹配。针对特征金字塔网络(FPN)中的上采样结构,提出一种上采样前置的数据流重构方法,通过在数据重排阶段利用地址控制实现输入数据重复读取,从而以数据流方式等效完成上采样操作,避免复杂的跨行访存设计并实现计算与存储访问的时序解耦。实验结果表明,在XilinxZynqUltraScale+ MPSoCs平台上部署优化后的YOLOv4模型,可实现179.4 Gop/s的等效计算性能,768×768尺寸输入下推理帧率达到13.6 FPS。与传统滑动窗口卷积实现相比,各网络层推理速度提升15.9%,整体推理性能提升67.2%,其中FPN结构网络推理性能提升约2倍。同时,在远距离弱小目标场景下,对于成像面积图像占比10-5量级的目标,所提出方法在保持实时性的前提下表现出更好的检测能力,验证了高分辨率输入与结构优化对微弱目标检测的有效性。