bitonic双调排序c代码和verilog实现

2024-04-04 18:18

本文主要是介绍bitonic双调排序c代码和verilog实现,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

这个算法除了两两比较和换位没有其他复杂操作,很适合在fpga上实现。

在fpga上如果需要排序的点比较多,实际应用就不能把这些点放到reg,只能放bram,而用bram,每个周期只能读写bram中的一项,现有网上的例子几乎所有都是资源不限制,纯仿真用不能实用的代码。

测试工程里点的个数是2048点,bram一项存两个点,每个点位宽是50bit,使用16个点的reg作为缓存,如果为加快速度,可以增加1项bram存的点个数,增加缓存点数,以资源为代价加快速度。

    实际结果完成2048个点排序需要大约3万周期,在时钟跑150M情况下,大约需要200us。

可以在我的github页面下载

C程序,VS2013的工程:https://github.com/tishi43/bitonic_my

包括bitonic的两种实现函数,bitonic()和bitonic2(),以及bitonic_fpga,模拟fpga读入16个数到缓存。

verilog的modelsim仿真工程:https://github.com/tishi43/bitonic_verilog

这个链接跳转有问题,直接把上面这个https地址拷贝到浏览器的地址栏去访问

资源使用情况,用到4238个LUT和1860个reg,使用performance high的综合策略。

+-------------------------+------+-------+-----------+-------+

|        Site Type        | Used | Fixed | Available | Util% |

+-------------------------+------+-------+-----------+-------+

| Slice LUTs*             | 4238 |     0 |    171900 |  2.47 |

|   LUT as Logic          | 4238 |     0 |    171900 |  2.47 |

|   LUT as Memory         |    0 |     0 |     70400 |  0.00 |

| Slice Registers         | 1860 |     0 |    343800 |  0.54 |

|   Register as Flip Flop | 1860 |     0 |    343800 |  0.54 |

|   Register as Latch     |    0 |     0 |    343800 |  0.00 |

| F7 Muxes                |    0 |     0 |    109300 |  0.00 |

| F8 Muxes                |    0 |     0 |     54650 |  0.00 |

+-------------------------+------+-------+-----------+-------+

最后贴两段C代码,两种bitonic的实现,看注释就知道原理了


//        5, 7,  15, 4,   0, 3,   11, 9,  12, 8,  1, 14, 13, 2, 6, 10//step 1: [5 7]  [4 15]   [0 3]   [9 11]  [8 12]  [1 14] [2 13] [6 10]//step 1之后相邻两个一组,两两排序,两个里面都正序排列//step 2,   4个一组,//round 1,每4个1组里,第一个与最后一个比较,第二个与倒数第二个比较,如此,5和15比,7和4比,//round 2, 再两个1组两两比较//step 2之后相邻每四个一组,组内正序排列//          ______//         |      |//round 1 [5 4 7 15]  [0 3 9 11]   [8 1 12 14]    [2 6 13 10]//           |_|//round 2 [4 5][7 15] [0 3][9 11]  [1 8] [12 14]  [2 6] [10 13]//step 3,round 1,8个1组比较,round 2, 4个1组比较,round 3,两个1组比较//round 1 第1个和倒数第一个比较,第二个和倒数第二个比较,round 2开始是间隔1个比较//step 3之后,相邻每8个一组,组内正序排列,//           _______________//          |               |//round 1  [4 5 3 0 15 7 9 11]         [1 8 6 2  14 12 10 13]//            |__________|//           ___//          |   |//round 2  [3 0 4 5]    [9 7 15 11]    [1 2 6 8]   [10 12 14 13]//            |___|//round 3  [0 3] [4 5]  [7 9] [11 15]  [1 2] [6 8] [10 12] [13 14]//step 4, round 1, 16个1组比较,round 2,8个1组比较,round 3,4个1组比较,round 4,2个1组比较//round 1 第1个和倒数第一个比较,第二个和倒数第二个比较,round 2开始是间隔1个比较//            ____________________________________________________________//           |                                                            |//round 1:  [ 0  3  4  5   7  6  2   1    15    11  9  8   10  12   13   14 ]//               |___________________________________________________|//              _____________//             |             |//round 2    [ 0  3 2 1      7  6 4 5 ]  [10 11 9 8  15 12 13 14]//                |_____________|//round 3    [0  1 2 3]    [4  5 7  6]  [9 8  10 11]   [13 12 15 14]//round 4    [0 1] [2 3]   [4 5] [6 7]  [8 9] [10 11]  [12 13] [14 15]void bitonic(unsigned int *data, int N)
{int i;//遍历stepint j;//遍历roundint k; //遍历groupint l; //遍历group里每对数据int ii;int steps = log2(N);int groups;int rounds;int pairs; //一组有几对数据int M; //一组有几个数据,M=2*pairsfor (i = 1; i <= steps; i++){rounds = i;for (j = 0; j < rounds; j++){//step1,rounds=1,groups=1,//step2,rounds=2,j=0,groups=4,j=1,groups=8//step3,rounds=3,j=0,groups=2,j=1,groups=4,j=2,groups=8groups = N/(1<<(rounds-j));M = N/groups;pairs = M/2;for (k = 0; k < groups; k++){for (l = 0; l < pairs; l++){if (j == 0){if (data[k*M + l] >= data[(k + 1)*M - l-1]) //只有round 1 是组内第一点和最后一点,第二点和倒数第二点这样比较{int temp = data[k*M + l];data[k*M + l] = data[(k + 1)*M - l-1];data[(k + 1)*M - l-1] = temp;}}else{if (data[k*M + l] >= data[k*M +M/2+l]) //round 2之后都是间隔M/2-1点之间的比较{int temp = data[k*M + l];data[k*M + l] = data[k*M + M / 2 + l];data[k*M + M / 2 + l] = temp;}}}}printf("step %2d round %2d: ",i,j+1);for (ii = 0; ii < N; ii++){printf("%4d ",data[ii]);}printf("\n");}}
}


//另一种实现,和第一种区别是组内没有第一个与最后一个比较,第二个与倒数第二个比较,取数规律都是一样的,这种适合fpga实现//但是比较有正序和逆序//        5, 7,  15, 4,   0, 3,   11, 9,  12, 8,  1, 14, 13, 2, 6, 10//         正      逆       正       逆    正      逆       正    逆//step 1: [5 7]  [15 4]   [0 3]   [11 9]  [8 12]  [14 1] [2 13] [10 6]//step 2,   4个数正,4个数逆,交替//           正          逆           正              逆//round 1 [5 4 15 7]  [11 9 0 3]   [8 1 14 12]    [10 13 2 6]//         正   正      逆    逆    正     正       逆    逆//round 2 [4 5][7 15] [11 9][3 0]  [1 8] [12 14]  [13 10] [6 2]//step 3,8个数正,8个数逆//                  正                       逆//round 1  [4 5 3 0    11 9 7  15]    [13 10 12 14    1 8 6 2]//            正          正                逆          逆//round 2  [3 0 4 5]   [7 9 11 15]    [13 14 12 10]   [6 8 1 2]//          正   正      正   正        逆     逆       逆  逆//round 3  [0 3][4 5]  [7 9][11 15]  [14 13][12 10]  [8 6][2 1]//step 4, 16个数正,16个数逆,也就是全部正//round 1:  [ 0  3  4  5   7  6  2 1    14  13  12  10  8  9  11 15 ]//round 2    [ 0  3 2 1    7  6 4 5 ]  [8 9 11 10    14 13 12 15]//round 3    [0  1 2 3]    [4  5 7  6]  [8 9  11 10]  [12 13 14 15]//round 4    [0 1] [2 3]   [4 5] [6 7]  [8 9] [10 11]  [12 13] [14 15]void bitonic2(unsigned int *data, int N)
{int i;//遍历stepint j;//遍历roundint k; //遍历groupint l; //遍历group里每对数据int ii;int steps = log2(N);int groups;int rounds;int pairs;         //一组有几对数据int M;             //一组有几个数据,M=2*pairsint ascend;        //1=升序 0=降序for (i = 1; i <= steps; i++){rounds = i;//step 1,最大组2个数据,//step 2,最大组4个数据//...for (j = 0; j < rounds; j++){//step 1,rounds=1,groups=1,//step 2,rounds=2,j=0,groups=4,j=1,groups=8//step 3,rounds=3,j=0,groups=2,j=1,groups=4,j=2,groups=8groups = N / (1 << (rounds - j));M = N / groups;pairs = M / 2;for (k = 0; k < groups; k++){//round 1, k第0bit决定升降//round 2, k第1bit决定升降//...ascend = ((k >> j) & 0x1) ==0;for (l = 0; l < pairs; l++){int swap = ascend ? data[k*M + l] >= data[k*M + M / 2 + l] :data[k*M + l] <= data[k*M + M / 2 + l];if (swap){int temp = data[k*M + l];data[k*M + l] = data[k*M + M / 2 + l];data[k*M + M / 2 + l] = temp;}}}printf("step %2d round %2d: ", i, j + 1);for (ii = 0; ii < N; ii++){printf("%4d ", data[ii]);}printf("\n");}}
}

这篇关于bitonic双调排序c代码和verilog实现的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/876507

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