[发明专利]卷积运算装置及方法

权利要求书

1.一种卷积运算方法，其特征在于，所述方法适用于卷积运算装置，所述装置包括：存储单元、寄存器单元和子矩阵运算单元；所述存储单元、所述寄存器单元和子矩阵运算单元为硬件单元；所述存储单元与所述子矩阵运算单元连接；所述寄存器单元和所述子矩阵运算单元连接；所述存储单元，用于存储待卷积的矩阵数据；所述存储单元包括高速暂存存储器；所述寄存器单元，用于存储子矩阵信息；所述子矩阵运算单元，用于执行卷积计算操作；

所述方法包括如下步骤：

通过所述子矩阵运算单元，获取卷积指令；

通过所述子矩阵运算单元，根据所述卷积指令从存储单元中获取卷积核矩阵数据；

通过所述子矩阵运算单元，根据所述子矩阵信息从待卷积矩阵的起始位置开始，获取所述卷积核矩阵数据在当前位置的子矩阵数据；其中，所述待卷积矩阵包含所述子矩阵数据；其中，所述待卷积矩阵的起始位置开始为所述子矩阵数据在所述存储单元中的起始地址；

通过所述子矩阵运算单元，执行卷积计算操作，所述卷积计算操作包括：对所述卷积核矩阵数据和所述卷积核矩阵数据在所述当前位置的子矩阵数据进行对位相乘运算获得多个元素，并对多个所述元素进行累加求和运算，获得所述当前位置的卷积结果；

通过所述子矩阵运算单元，根据所述卷积指令中给定的位移参数，将所述卷积核矩阵数据从所述当前位置移动至下一位置，并获取所述下一位置对应的子矩阵数据，之后返回执行卷积计算操作的步骤，直至完成所述待卷积矩阵数据的卷积计算，获得结果矩阵。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从待卷积矩阵的起始位置开始，获取所述卷积核矩阵数据在当前位置的子矩阵数据的步骤包括：

从所述待卷积矩阵的起始位置开始，根据所述卷积指令从寄存器单元中获取所述卷积核矩阵数据在所述当前位置对应的子矩阵信息；

根据所述当前位置对应的子矩阵信息从所述存储单元中获取所述卷积核矩阵数据在所述当前位置的子矩阵数据；

其中，所述子矩阵信息包括子矩阵数据在所述存储单元中的起始地址、子矩阵数据的行宽、子矩阵数据的列宽以及行间隔，其中，行间隔是指子矩阵数据相邻两行间，上一行的行末数据到下一行的行首数据的数据间隔。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取卷积指令的步骤之前，所述方法还包括如下步骤：

通过IO指令将待卷积的矩阵数据和卷积核矩阵数据存储至存储单元的指定地址。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，获取卷积指令的步骤之后还包括：

对获取的卷积指令进行译码；

判断所述卷积指令与前一子矩阵运算指令是否访问相同的子矩阵数据，若是，则将所述卷积指令存储在指令队列中，等待前一子矩阵运算指令执行完毕后，再执行根据所述卷积指令从存储单元中获取卷积核矩阵数据的步骤。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

通过IO指令将卷积后的结果矩阵存储至片外。

6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述卷积指令包括操作码和至少一个操作域，其中，所述操作码用于指示所述卷积指令的功能，操作域用于指示所述卷积指令的数据信息；

所述卷积指令的数据信息包括寄存器单元的编号，从而能够根据寄存器单元的编号访问对应的寄存器单元，从而获取子矩阵信息。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法用于对输入图像进行处理，所述待卷积矩阵数据为n×y×x的输入图像，所述卷积核矩阵数据为n×h×w的矩阵；

其中，n为待卷积矩阵数据的特征图像数，y为特征图像长，x为特征图像宽，h为矩阵高度，w为矩阵宽度；

其中，将n×y×x的输入图像变为y×(x×n)的二维输出图像存储在所述存储单元中；将n×h×w的矩阵变为h×(w×n)的二维矩阵存储在所述存储单元中；

其中，卷积核在输入图像上不断移动，在每个位置卷积核与自己所覆盖的输入图像的数据进行卷积运算，得到输出图像上对应的一个点的值。