RU2451997C1 - Special-purpose processor for solving task of searching for shortest path between objects on plane - Google Patents

Special-purpose processor for solving task of searching for shortest path between objects on plane Download PDF

Info

Publication number
RU2451997C1
RU2451997C1 RU2011107157/08A RU2011107157A RU2451997C1 RU 2451997 C1 RU2451997 C1 RU 2451997C1 RU 2011107157/08 A RU2011107157/08 A RU 2011107157/08A RU 2011107157 A RU2011107157 A RU 2011107157A RU 2451997 C1 RU2451997 C1 RU 2451997C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
processor
accelerator
connections
orthogonal
shortest path
Prior art date
Application number
RU2011107157/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Иванович Артамонов (RU)
Евгений Иванович Артамонов
Иван Владимирович Коновалов (RU)
Иван Владимирович Коновалов
Людмила Николаевна Сизова (RU)
Людмила Николаевна Сизова
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Priority to RU2011107157/08A priority Critical patent/RU2451997C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2451997C1 publication Critical patent/RU2451997C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Image Processing (AREA)

Abstract

FIELD: information technology.
SUBSTANCE: special-purpose processor for solving the task of searching for the shortest path between objects on a plane has a parallel-series circuit for connecting processors-accelerators on eight orthogonal and diagonal connections in form of a homogeneous flat array. Each processor-accelerator is connected with eight neighbouring two-way connections for transmitting and receiving signals, and has a clock generator with true and complementary outputs, an octal register (FDCPE), two AND circuits (AND2B1 and AND2) and one OR circuit (OR2), wherein the orthogonal connections of registers of each processor-accelerator are connected to neighbouring processors-accelerators through BUFE1 switches, and the diagonal connections of registers of each processor-accelerator are connected to neighbouring processors-accelerators through BUFE2 switches.
EFFECT: faster operation.
5 dwg

Description

Спецпроцессор (СПКП) предназначен для создания 2D модели размещения объектов на плоскости и решения задачи поиска кратчайшего пути на этой модели с применением процессоров-ускорителей. СПКП может использоваться в различного рода сетях при прокладывании маршрутов, трассировке соединений между элементами на печатных платах и интегральных схемах и т.п.The special processor (SPKP) is designed to create a 2D model for placing objects on a plane and solve the problem of finding the shortest path on this model using accelerator processors. SPKP can be used in various networks when laying routes, tracing connections between elements on printed circuit boards and integrated circuits, etc.

В настоящее время известны примеры использования специализированных процессоров-ускорителей для решения задач, связанных с визуализацией графической информации. Так, например, суперкомпьютер Roadrunner (IBM) содержит 32000 процессоров, из них 16000 являются процессорами-видеоускорителями, которые ранее были разработаны для игровой приставки Playstation-3 (http://ru.wikipedia.org/wiki/RSX).Currently, examples of the use of specialized accelerator processors for solving problems associated with the visualization of graphical information are known. For example, the Roadrunner (IBM) supercomputer contains 32,000 processors, of which 16,000 are video accelerators that were previously developed for the Playstation-3 game console (http://en.wikipedia.org/wiki/RSX).

Такие спецпроцессоры позволяют, в частном случае, так же как и в заявляемом устройстве, создавать 2D модели размещения объектов на плоскости, однако из-за решения более сложных задач, связанных с визуализацией, эти спецпроцессоры оказываются более сложными в реализации и, кроме того, не решают задачу определения кратчайшего пути между объектами на плоскости.Such special processors allow, in the particular case, as well as in the claimed device, to create 2D models for placing objects on the plane, however, due to the solution of more complex tasks related to visualization, these special processors turn out to be more difficult to implement and, in addition, not solve the problem of determining the shortest path between objects on the plane.

Задачей настоящего изобретения является расширение арсенала технических средств, направленного на создание 2D модели размещения объектов на плоскости и решения задачи поиска кратчайшего пути на этой модели.The objective of the present invention is to expand the arsenal of technical means aimed at creating a 2D model for placing objects on a plane and solving the problem of finding the shortest path on this model.

Техническим результатом изобретения является то, что оно обладает меньшим количеством оборудования при большем быстродействии и может быть использовано в системах автоматической трассировки соединений на печатных платах.The technical result of the invention is that it has fewer equipment with higher speed and can be used in systems for automatically tracing connections on printed circuit boards.

Технический результат достигается тем, что спецпроцессор для решения задачи поиска кратчайшего пути между объектами на плоскости содержит параллельно-последовательную схему соединения по восьми ортогональным и диагональным связям процессоров-ускорителей в виде однородной плоской матрицы, в которой каждый процессор-ускоритель реализует функции фиксации точки начала или конца пути, хранения информации о наличии препятствия, о номере направления входных сигналов, вычисления номеров направлений входных сигналов соседних процессоров-ускорителей и передачи их от точки начала пути к точке конца, при этом каждый процессор-ускоритель соединен с восьмью соседними двунаправленными связями для передачи и приема сигналов, соответствующих номеру направления их распространения, и содержит тактовый генератор с прямым и инверсным выходами, восьмиразрядный регистр (FDCPE), две схемы И (AND2B1 и AND2) и одну схему ИЛИ (OR2), причем ортогональные связи регистров каждого процессора-ускорителя соединены с соседними процессорами-ускорителями через ключи BUFE1, управляемые прямым выходом тактового генератора, а диагональные связи регистров каждого процессора-ускорителя соединены с соседними через ключи BUFE2, управляемые инверсным выходом тактового генератора, что дает возможность различать длину ортогональных соединений в поиске кратчайшего пути от длины диагональных соединений.The technical result is achieved by the fact that the special processor for solving the problem of finding the shortest path between objects on the plane contains a parallel-serial connection diagram along eight orthogonal and diagonal connections of processor accelerators in the form of a uniform flat matrix in which each processor accelerator implements the functions of fixing the start point or the end of the path, storing information about the presence of an obstacle, about the direction number of the input signals, calculating the direction numbers of the input signals of neighboring processors - speakers and transferring them from the start point of the path to the end point, with each processor-accelerator connected to eight adjacent bidirectional links for transmitting and receiving signals corresponding to the number of the direction of their propagation, and contains a clock generator with direct and inverse outputs, eight-bit register (FDCPE ), two AND circuits (AND2B1 and AND2) and one OR circuit (OR2), moreover, the orthogonal register registers of each processor-accelerator are connected to neighboring processor-accelerators through the BUFE1 keys controlled by the direct clock output about the generator, and the diagonal connections of the registers of each processor-accelerator are connected to the neighboring ones via BUFE2 keys controlled by the inverse output of the clock generator, which makes it possible to distinguish the length of orthogonal connections in the search for the shortest path from the length of the diagonal connections.

СПКП выполнен на интегральных схемах (плис XC95288XL серии Vertex 4 фирмы Xilinx).SPKP is executed on integrated circuits (XC95288XL pleats of the Vertex 4 series of Xilinx firm).

На фиг.1 представлена структурная схема матрицы М.Figure 1 presents the structural diagram of the matrix M.

На фиг.2 - ячейка матрицы спецпроцессора.Figure 2 - cell matrix of the special processor.

На фиг.3 - принципиальная схема ячейки памяти.Figure 3 is a schematic diagram of a memory cell.

На фиг.4 - принципиальная схема соединений (СС) ячеек модели трассировочного поля.Figure 4 - schematic diagram of the connections (SS) cells of the model of the trace field.

На фиг.5 - принципиальная схема управления ячейки.Figure 5 is a schematic diagram of the control cell.

Структура СПКП содержит три основных блока: однородную матрицу М ячеек модели трассировочного поля, схему соединений (СС) между ячейками матрицы М и блок управления (БУ).The structure of the SPKP contains three main blocks: a homogeneous matrix M of cells of the tracing field model, a connection diagram (CC) between the cells of the matrix M, and a control unit (CU).

Для простоты изображения на фиг.1 представлен пример из матрицы 5×5 ячеек модели трассировочного поля. Каждая ячейка матрицы пронумерована с внешней стороны. Ячейки в матрице связаны между собой по восьми направлениям: север (0), северо-восток (1), восток (2), юго-восток (3), юг (4), юго-запад (5), запад (6), северо-запад (7). Связи между ячейками (на чертеже обозначены стрелками) показывают направления расчета кратчайшего пути. При этом для примера индексами С обозначена ячейка начала трассы, D - конец трассы, p - препятствие.For simplicity, the image in figure 1 presents an example from a matrix of 5 × 5 cells of the model of the trace field. Each cell of the matrix is numbered from the outside. The cells in the matrix are interconnected in eight directions: north (0), northeast (1), east (2), southeast (3), south (4), southwest (5), west (6) , northwest (7). The connections between the cells (indicated by arrows in the drawing) show the directions for calculating the shortest path. In this case, for example, the indices C denote the cell of the beginning of the route, D - the end of the route, p - obstacle.

Общий принцип расчета весов вершин напоминает процесс распространения фронта волны от точки C до точки D. На фиг.1 фронт каждой волны соответствует одной строке «шага алгоритма» и помечен цифрами внутри ячеек матрицы. Расчеты заканчиваются на (n-1)-м шаге, когда фронт волны достигнет вершины D.The general principle of calculating the weights of the vertices resembles the process of propagating the wave front from point C to point D. In Fig. 1, the front of each wave corresponds to one line of the “algorithm step” and is marked with numbers inside the matrix cells. The calculations end at the (n-1) -th step, when the wave front reaches the peak D.

Функциональное назначение портов ввода/вывода ячейки следующее:The functionality of the cell I / O ports is as follows:

СОМ0-СОМ7 - двунаправленные порты связи ячеек трассировочного поля друг с другом.СОМ0-СОМ7 - bidirectional communication ports of cells of the trace field with each other.

DATA(7:0) - шина данных. Двунаправленная 8-разрядная шина, предназначенная для опроса и настройки устройства.DATA (7: 0) - data bus. A bi-directional 8-bit bus designed to interrogate and configure the device.

C - тактовый сигнал.C is a clock signal.

RST - сигнал сброса схемы.RST - circuit reset signal.

CS - сигнал выбора ячейки для осуществления операций чтения/записи.CS - cell selection signal for read / write operations.

WR - сигнал разрешения записи данных в регистры ячейки. При подаче этого сигнала паре с CS в регистры ячейки записывается значение, присутствующее на шине данных DATA(7:0).WR - a signal of permission to write data to the cell registers. When this signal is applied to the CS pair, the value present on the DATA data bus (7: 0) is recorded in the cell registers.

RD - сигнал разрешения чтения данных из ячейки. При подаче этого сигнала паре с CS на шину данных DATA(7:0) выставляется значение, хранимое в регистрах ячейки.RD is a permission signal for reading data from a cell. When this signal is applied to the CS pair on the DATA data bus (7: 0), the value stored in the cell registers is set.

Ячейка матрицы спецпроцессора состоит из трех основных частей:The matrix of the special processor matrix consists of three main parts:

- ячейки памяти;- memory cells;

- схемы сопряжения с соседними ячейками;- Interfacing schemes with neighboring cells;

- схемы управления.- control schemes.

Принципиальная схема ячейки памяти (фиг.3) содержит: 8-разрядные регистр (FDCPE), две схемы И (AND2B1 и AND2) и одну схему ИЛИ (OR2). Регистр хранит информацию о номере направления пришедшего на эту ячейку сигнала распространения волны.The schematic diagram of a memory cell (Fig. 3) contains: 8-bit register (FDCPE), two AND circuits (AND2B1 and AND2) and one OR circuit (OR2). The register stores information about the direction number of the wave propagation signal that came to this cell.

Функциональное назначение сигналов ввода/вывода следующее:The functionality of the I / O signals is as follows:

D(X) - шина данных. 8-разрядная шина предназначена для передачи информации в регистр от соседних ячеек через схемы И по импульсу INT_WR.D (X) is the data bus. The 8-bit bus is designed to transfer information to the register from neighboring cells through AND circuits using the INT_WR pulse.

INT_WR - внутренний сигнал записи для ячейки, формируемый из сигналов WR и CS.INT_WR - internal recording signal for the cell, formed from the signals WR and CS.

RST - сброс схемы, установка в начальное состояние всех регистров.RST - reset the circuit, resetting all registers.

Q(X) - выходы регистра ячейки. Подключены к шине данных и к схеме управления.Q (X) - cell register outputs. Connected to data bus and control circuit.

NACT (not activated) - имеет значение «1» в момент записи информации в регистр. Формируется схемой управления.NACT (not activated) - has a value of "1" at the time of writing information to the register. It is formed by a control circuit.

На фиг.4 представлена принципиальная схема соединений (СС) ячеек модели трассировочного поля. Она содержит левую и правую часть схемы, каждая из которых содержит четыре схемы И (AND2B1) и четыре буфера с разрешающим входом (BUFE) для организации двунаправленной передачи данных по линиям СОМ0-СОМ7. Отличием этих частей схемы являются сигналы NCLK, приходящие на левую часть, и сигналы CLK, приходящие на правую часть. Это взаимно инверсные сигналы, формируемые из одного и того же управляющего импульса С, что дает возможность различать длину ортогональных соединений в проводимой трассе от длины диагональных соединений. Функциональное назначение сигналов ввода/вывода на схеме соединений следующее:Figure 4 presents a schematic diagram of the connections (SS) cells of the model trace field. It contains the left and right parts of the circuit, each of which contains four AND circuits (AND2B1) and four buffers with enable input (BUFE) for organizing bidirectional data transmission on the lines СОМ0-СОМ7. The difference between these parts of the circuit are the NCLK signals coming to the left, and the CLK signals coming to the right. These are mutually inverse signals generated from the same control pulse C, which makes it possible to distinguish between the length of the orthogonal joints in the path and the length of the diagonal joints. The functionality of the I / O signals in the wiring diagram is as follows:

СОМ0, COM2, COM4, СОМ6 - ортогональные межсоединения соседних ячеек;COM0, COM2, COM4, COM6 - orthogonal interconnections of adjacent cells;

СОМ1, COM3, СОМ5, СОМ7 - диагональные межсоединения соседних ячеек;COM1, COM3, COM5, COM7 - diagonal interconnections of adjacent cells;

Q(0)-Q(7) - выходы регистров ячейки;Q (0) -Q (7) - cell register outputs;

CLK, NCLK - внутренние взаимоинверсные тактовые сигналы.CLK, NCLK - internal mutually inverse clock signals.

Принципиальная схема управления ячейки представлена на фиг.5. Она содержит: две схемы И (AND2), две группы буферов с разрешающим входом (BUFE8) для организации двунаправленной шины данных DATA(7:0), схему ИЛИ (OR8), один ключ (BUF) и две схемы НЕ (INV).Schematic diagram of the control cell is presented in figure 5. It contains: two AND circuits (AND2), two groups of buffers with enable input (BUFE8) for organizing a bi-directional DATA data bus (7: 0), OR circuit (OR8), one key (BUF) and two NOT circuits (INV).

Спецпроцессор СПКП по сравнению с известными обладает меньшим количеством оборудования при большем быстродействии и может быть использован в системах автоматической трассировки соединений на печатных платах.The SPKP special processor, in comparison with the known ones, has fewer equipment with higher speed and can be used in systems for automatically tracing connections on printed circuit boards.

Claims (1)

Спецпроцессор для решения задачи поиска кратчайшего пути между объектами на плоскости, характеризующийся тем, что содержит параллельно-последовательную схему соединения по восьми ортогональным и диагональным связям процессоров-ускорителей в виде однородной плоской матрицы, в которой каждый процессор-ускоритель реализует функции фиксации точки начала или конца пути, хранения информации о наличии препятствия, о номере направления входных сигналов, вычисления номеров направлений входных сигналов соседних процессоров-ускорителей и передачи их от точки начала пути к точке конца, при этом каждый процессор-ускоритель соединен с восьмью соседними двунаправленными связями для передачи и приема сигналов, соответствующих номеру направления их распространения, и содержит тактовый генератор с прямым и инверсным выходами, восьмиразрядный регистр (FDCPE), две схемы И (AND2B1 и AND2) и одну схему ИЛИ (OR2), причем ортогональные связи регистров каждого процессора-ускорителя соединены с соседними процессорами-ускорителями через ключи BUFE1, управляемые прямым выходом тактового генератора, а диагональные связи регистров каждого процессора-ускорителя соединены с соседними через ключи BUFE2, управляемые инверсным выходом тактового генератора, что дает возможность различать длину ортогональных соединений в поиске кратчайшего пути от длины диагональных соединений. A special processor for solving the problem of finding the shortest path between objects on a plane, characterized in that it contains a parallel-serial connection diagram along eight orthogonal and diagonal connections of the accelerator processors in the form of a uniform flat matrix in which each accelerator processor implements the functions of fixing the start or end point ways, storing information about the presence of an obstacle, about the direction number of the input signals, calculating the direction numbers of the input signals of adjacent accelerator processors and transmitting them from the start point of the path to the end point, with each processor-accelerator connected to eight neighboring bidirectional communications for transmitting and receiving signals corresponding to the number of their propagation direction, and contains a clock generator with direct and inverse outputs, eight-bit register (FDCPE), two AND circuits (AND2B1 and AND2) and one OR circuit (OR2), and the orthogonal register registers of each processor-accelerator are connected to neighboring processor-accelerators through the BUFE1 keys controlled by the direct output of the clock generator, and iagonalnye communication registers of each processor connected to the accelerator through BUFE2 adjacent keys operated inverted output clock generator, which makes it possible to distinguish between the length of the orthogonal connections to find the shortest path from the length of diagonal joints.
RU2011107157/08A 2011-02-28 2011-02-28 Special-purpose processor for solving task of searching for shortest path between objects on plane RU2451997C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011107157/08A RU2451997C1 (en) 2011-02-28 2011-02-28 Special-purpose processor for solving task of searching for shortest path between objects on plane

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011107157/08A RU2451997C1 (en) 2011-02-28 2011-02-28 Special-purpose processor for solving task of searching for shortest path between objects on plane

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2451997C1 true RU2451997C1 (en) 2012-05-27

Family

ID=46231789

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011107157/08A RU2451997C1 (en) 2011-02-28 2011-02-28 Special-purpose processor for solving task of searching for shortest path between objects on plane

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2451997C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2137295C1 (en) * 1996-12-02 1999-09-10 Кушнер Юрий Константинович Method for linking individually designed logic circuits in custom large-scale integrated circuit
EP1814047A1 (en) * 2006-01-27 2007-08-01 Xerox Corporation Linguistic user interface
EP2254063A2 (en) * 2006-09-28 2010-11-24 SFGT Inc. Apparatuses, methods, and systems for code triggered information querying and serving

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2137295C1 (en) * 1996-12-02 1999-09-10 Кушнер Юрий Константинович Method for linking individually designed logic circuits in custom large-scale integrated circuit
EP1814047A1 (en) * 2006-01-27 2007-08-01 Xerox Corporation Linguistic user interface
EP2254063A2 (en) * 2006-09-28 2010-11-24 SFGT Inc. Apparatuses, methods, and systems for code triggered information querying and serving

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЛАБОРАТОРИЯ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НИВЦ МГУ, 10.07.2008, [найдено 02.12.2011]. Найдено в Интернет URL: http://www.parallel.ru/computers/reviews/RoadRunner.html. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2871554T3 (en) Floating point block for neural network implementation
CN107329734B (en) Apparatus and method for performing convolutional neural network forward operation
CN106940815B (en) Programmable convolutional neural network coprocessor IP core
US10785745B2 (en) Scaling multi-core neurosynaptic networks across chip boundaries
CN109358900B (en) Artificial neural network forward operation device and method supporting discrete data representation
CN108645411B (en) Robot path planning method and device based on particle swarm algorithm and terminal equipment
CN105892989A (en) Neural network accelerator and operational method thereof
CN101526618B (en) Underwater object locating device
CN103959088A (en) Location detection system
KR20210074992A (en) Accelerating 2d convolutional layer mapping on a dot product architecture
CN106390409B (en) A kind of ball-driving method and device of ping-pong robot
WO2017095824A4 (en) Shift register with reduced wiring complexity
JP2015114810A5 (en)
EP3339871A1 (en) Inline wave majority gate device
CN104573171B (en) A kind of emulation mode of transmission line of electricity and system
RU2451997C1 (en) Special-purpose processor for solving task of searching for shortest path between objects on plane
WO2002019129A3 (en) Method and apparatus for connecting a massively parallel processor array to a memory array in a bit serial manner
RU2008147160A (en) AUTONOMOUS ROBOT CONTROL DEVICE
RU2010133016A (en) DEBUGGING COMPLEX
CN106294905B (en) Printed circuit board wiring system and method
CN101216320A (en) Ship multifunctional GPS navigator
US10665280B2 (en) Information processing apparatus and semiconductor integrated circuit device
Liu et al. Parallel FPGA-Based Architecture for Real-Time AUV Robust Control
RU2639698C1 (en) Photon computer
Siek et al. Onboard computing environment of autonomous unmanned underwater vehicles: possible design technologies and their comparative analysis

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190301