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《IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers》：A Programmable Compute-Near-Memory Architecture for 130 fps Visual Odometry on Embedded Systems

　　

摘要：

本研究提出了一种节能的边缘视觉里程计加速器，可实现 130 fps 的视觉定位性能。该加速器采用具有 SIMD 计算范式的可编程近存计算架构，兼具低功耗与通用性。多精度可重构加法器和 2 的幂次位移器针对向量化的多精度处理进行了定制化设计，硬件开销较低。为了提升性能，我们对最适合该计算架构的关键算子进行了蒸馏，以实现 PicoVO 的高效部署。这些算子采用基于有限算术单元的简洁算法来实现。PicoVO 中的关键任务，即边缘检测和 Levenberg-Marquardt 求解器，均在片上完成，无需依赖外部存储器。得益于可编程性，这些任务得到了进一步优化。与 ARM Cortex-M7 处理器相比，该芯片在边缘检测方面实现了 26× 倍加速和 266× 倍节能。此外，在 Levenberg-Marquardt 求解器方面实现了 4.7× 倍加速和 53× 倍节能。所流片的芯片在 22.6 mW 功耗下实现了 130 fps 的吞吐量，每帧能耗为 0.127 mJ。我们的实验板表明，该加速器能够基于轻量级微控制器，为低端平台提供实时、低功耗的视觉定位能力。