GF（2）矩阵高斯消去装置、方法、系统、设备和介质

技术特征：
1.一种gf(2)矩阵高斯消去装置，其特征在于，用于执行gf(2)矩阵高斯消去，所述装置包括：划分单元，用于将输入矩阵划按列划分为至少一个列块，并将所述gf(2)矩阵高斯消去的过程分为多个bigstep，一个所述bigstep对应一个所述列块的计算过程；数据内存，用于存储所述列块；计算阵列，所述计算阵列包括至少一个计算单元行，所述计算单元行用于从所述数据内存中读取所述列块包括的数据，并对所述数据执行计算操作，得到所述列块的最终计算结果，其中，在所述列块对应的bigstep进行重放计算的情况下，读取操作内存中存储的操作信息以实现重放，并将历史bigstep的计算结果施加到所述列块中；在进行所述列块的消去计算的情况下，将所述列块最终消去为单位阵的形式，并将所述消去计算对应的操作信息写入所述操作内存中；所述操作内存，用于存储所述操作信息。2.根据权利要求1所述的gf(2)矩阵高斯消去装置，其特征在于，所述计算单元行可执行的计算操作的类型包括交换类型、异或类型和直通类型；所述交换类型用于指示将所述计算单元行内的数据输出给下一计算单元行，以及，将输入所述计算单元行的数据存入所述计算单元行；所述异或类型用于指示将输入所述计算单元行的数据和所述计算单元行内的数据进行异或，得到异或结果，并将所述异或结果输出给下一计算单元行；所述直通类型用于指示将所述计算单元行内的数据输出给下一计算单元行。3.根据权利要求2所述的gf(2)矩阵高斯消去装置，其特征在于，所述计算单元行包括：数据寄存器，用于存储所述计算单元行的主行；填充比特寄存器，用于在所述计算单元行执行的计算操作的类型为所述交换类型的情况下，存储输入所述计算单元行的数据的填充比特，所述填充比特用于指示与所述数据相关的辅助信息，所述辅助信息用于判断所述计算单元行需执行的计算操作类型；标志寄存器，用于在标志位有效的情况下，指示所述计算单元行已存储所述主行。4.根据权利要求3所述的gf(2)矩阵高斯消去装置，其特征在于，所述数据寄存器还用于：在存入自身的数据不是所述主行的情况下，将自身存储的所述数据输出给下一计算单元行，以及，存储目标数据；其中，在所述数据寄存器所在的计算单元行是所述计算阵列的第一行的情况下，所述目标数据为从所述数据内存中读取的数据，在所述数据寄存器所在的计算单元行不是所述计算阵列的第一行的情况下，所述目标数据为从所述数据寄存器所在的计算单元行的上一计算单元行输出的数据。5.根据权利要求1至4任意一项所述的gf(2)矩阵高斯消去装置，其特征在于，令所述输入矩阵的大小为l行k列，每行对应的数量的位宽为n，则所述将输入矩阵划按列划分为至少一个列块包括：将大小为l*k的所述输入矩阵按列划分为k/n个列块。6.根据权利要求5所述的gf(2)矩阵高斯消去装置，其特征在于，第i个bigstep对应m个phase，m＝min(i，l/n)。
7.根据权利要求6所述的gf(2)矩阵高斯消去装置，其特征在于，输入所述计算单元行的数据包括对角位，所述计算单元行用于：在处于前l/n个bigstep的最后一个phase的情况下，读取输入所述计算单元行的数据的对角位，基于所述计算单元行的标志位和输入所述计算单元行的数据的对角位，确定所述计算单元行需执行的计算操作的类型，并将写入所述计算单元行的数据的对角位存入所述操作内存中；在处于bigstep的非最后一个phase的情况下，从所述操作内存中读取对应比特，基于所述计算单元行的标志位和所述对应比特，确定所述计算单元行需执行的计算操作的类型。8.根据权利要求7所述的gf(2)矩阵高斯消去装置，其特征在于，所述基于所述计算单元行的标志位和输入所述计算单元行的数据的对角位，确定所述计算单元行需执行的计算操作的类型包括：在所述计算单元行的标志位无效且输入所述计算单元行的数据的对角位有效的情况下，执行所述交换类型的操作，以及，将所述计算单元行的标志位设置为有效；在所述计算单元行的标志位和输入所述计算单元行的数据的对角位均无效的情况下，执行所述直通类型的操作；在所述计算单元行的标志位和输入所述计算单元行的数据的对角位均有效的情况下，执行所述异或类型的操作；在所述计算单元行的标志位有效且输入所述计算单元行的数据的对角位无效的情况下，执行所述直通类型的操作；所述基于所述计算单元行的标志位和所述对应比特，确定所述计算单元行需执行的计算操作的类型包括：在所述计算单元行的标志位无效且所述对应比特有效的情况下，执行所述交换类型的操作，以及，将所述计算单元行的标志位设置为有效；在所述计算单元行的标志位和所述对应比特均无效的情况下，执行所述直通类型的操作；在所述计算单元行的标志位和所述对应比特均有效的情况下，执行所述异或类型的操作；在所述计算单元行的标志位有效且所述对应比特无效的情况下，执行所述直通类型的操作。9.根据权利要求5所述的数据处理装置，其特征在于，所述计算单元行用于：判断输入所述计算单元行的数据的填充比特中的目标比特位和所述计算单元行的填充比特寄存器中存储的填充比特中的目标比特位是否一致，所述目标比特位包括所述数据来自phase阶段的校验比特和所述数据来自bigstep阶段的校验比特；在输入所述计算单元行的数据的填充比特中的目标比特位和所述计算单元行的填充比特寄存器中存储的填充比特中的目标比特位不一致的情况下，则执行交换类型的操作。10.根据权利要求5所述的gf(2)矩阵高斯消去装置，其特征在于，所述填充比特为六比特，每比特的所述填充比特均用于表示与所述数据相关的一种辅助信息，六种所述辅助信息包括：
所述数据是否来自所在bigstep的最后一个phase；所述数据是否来自输入矩阵的下三角部分；所述数据是否有效；所述数据是否来自结束阶段；所述数据来自phase阶段的校验比特；所述数据来自bigstep阶段的校验比特。11.根据权利要求1所述的gf(2)矩阵高斯消去装置，其特征在于，所述操作内存包括第一操作内存和第二操作内存，所述第二操作内存包括上三角和下三角；在所述计算阵列存储的数据均来自于一bigstep的最后一个phase的情况下，所述计算阵列用于在每个时钟周期将n比特的操作信息写入所述第一操作内存中；在所述计算阵列存储的数据均来自于一bigstep的非最后一个phase的情况下，所述计算阵列用于在每个时钟周期从所述第一操作内存中读取n比特操作信息；在所述计算阵列的状态是在一bigstep的两个phase之间进行切换，且所述两个phase都不是所述一bigstep的最后一个phase的情况下，所述计算阵列用于在每个时钟周期从所述第一操作内存中读取n比特操作信息；在所述计算阵列的状态是从一bigstep的非最后一个phase向最后一个phase切换的情况下，所述计算阵列用于读取在非最后一个phase时所述第二操作内存中的上三角，并将所述上三角和在所述最后一个phase时所有所述计算单元行的数据的对角位一起写入所述第一操作内存；在所述计算阵列的状态是在一bigstep的最后一个phase向下一bigstep的第一个phase迁移的过度状态，且所述过度状态的前一列块处于行数与所述输入矩阵相同的方阵范围内的情况下，所述计算阵列用于将在所述最后一个phase时的写入所述计算单元行的数据的对角位写入所述第二操作内存的上三角的一行，并读取所述第二操作内存的下三角的同一行中的操作信息，所述操作信息用于所述第一个phase的重放操作；在所述计算阵列的状态是从一bigstep的最后一个phase向下一bigstep的第一个phase迁移的过度状态，且所述过度状态涉及的两个列块均处于行数与所述输入矩阵相同的方阵范围外的情况下，所述计算阵列用于读取所述第二操作内存的一行，所述第二操作内存的一行的下三角包括所述第一个phase的操作信息，所述第二操作内存的一行的上三角包括所述最后一个phase的操作信息；在所述计算阵列的状态是启动状态的情况下，所述计算阵列用于将操作信息写入所述第二操作内存的下三角；在所述计算阵列的状态是结束状态的情况下，所述计算阵列用于将读取所述第二操作内存的上三角的操作信息。12.根据权利要求1所述的gf(2)矩阵高斯消去装置，其特征在于，所述计算阵列还用于在任一bigstep中存在任一所述计算单元行找不到主行的情况下，则确定所述输入矩阵为奇异矩阵。13.一种gf(2)矩阵高斯消去方法，其特征在于，应用于gf(2)矩阵高斯消去装置，所述gf(2)矩阵高斯消去装置包括计算阵列，所述计算阵列包括至少一个计算单元行，所述方法包括：
将输入矩阵划按列划分为至少一个列块，并将gf(2)矩阵高斯消去的过程分为多个bigstep，一个所述bigstep对应一个所述列块的计算过程；利用所述计算单元行读取所述列块包括的数据，并对所述数据执行计算操作，得到所述输入矩阵的所述gf(2)矩阵高斯消去的结果；其中，在所述列块对应的bigstep进行重放计算的情况下，读取操作内存中存储的操作信息以实现重放，并将历史bigstep的计算结果施加到所述列块中；在进行所述列块的消去计算的情况下，将所述列块最终消去为单位阵的形式，并将所述消去计算对应的操作信息写入所述操作内存中。14.根据权利要求13所述的gf(2)矩阵高斯消去方法，其特征在于，所述计算单元行可执行的计算操作的类型包括交换类型、异或类型和直通类型；所述交换类型用于指示将所述计算单元行内的数据输出给下一计算单元行，以及，将输入所述计算单元行的数据存入所述计算单元行；所述异或类型用于指示将输入所述计算单元行的数据和所述计算单元行内的数据进行异或，得到异或结果，并将所述异或结果输出给下一计算单元行；所述直通类型用于指示将所述计算单元行内的数据输出给下一计算单元行。15.根据权利要求14所述的gf(2)矩阵高斯消去方法，其特征在于，所述计算单元行包括：数据寄存器，用于存储所述计算单元行的主行；填充比特寄存器，用于在所述计算单元行执行的计算操作的类型为所述交换类型的情况下，存储输入所述计算单元行的数据的填充比特，所述填充比特用于指示与所述数据相关的辅助信息，所述辅助信息用于判断所述计算单元行需执行的计算操作类型；标志寄存器，用于在标志位有效的情况下，指示所述计算单元行已存储所述主行。16.一种数据处理系统，其特征在于，包括：恒定时间排序装置、数据预处理装置和如权利要求1至12任意一项所述的gf(2)矩阵高斯消去装置；所述恒定时间排序装置包括存储单元，先入先出存储器fifo和排序单元，所述存储单元，用于存储待处理数据，所述待处理数据包括第一部分数据和第二部分数据，所述第一部分数据中元素的数量等于所述第二部分数据中元素的数量，所述fifo包括第一fifo和第二fifo，所述第一fifo用于读取所述第一部分数据，所述第二fifo用于读取所述第二部分数据，所述排序单元，用于在首次迭代的情况下对所述第一部分数据和所述第二部分数据分别进行内部排序，在非首次迭代的情况下利用归并排序法，将所述第一部分数据与所述第二部分数据进行排序，得到多个中间结果，并将多个所述中间结果作为所述待处理数据输入所述存储单元，直至得到最终排序结果，其中，每次迭代后的所述中间结果中元素的数量为前一次迭代后的所述中间结果中元素的数量的二倍；所述数据预处理装置，用于对所述最终排序结果进行预处理，得到输入矩阵，并将所述输入矩阵发送给如权利要求1至12任意一项所述的gf(2)矩阵高斯消去装置。17.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器；以及根据权利要求1至12任意一项所述的gf(2)矩阵高斯消去装置，所述gf(2)矩阵高斯消
去装置与所述处理器电连接。18.一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器执行根据权利要求13～15中任一项所述的方法。

技术总结
本发明提出了一种GF(2)矩阵高斯消去装置，应用于数据处理技术领域，包括：划分单元，用于将输入矩阵划按列划分为至少一个列块，并将该GF(2)矩阵高斯消去的过程分为多个Bigstep，一个该Bigstep对应一个该列块的计算过程；数据内存，用于存储该列块，计算阵列，该计算阵列包括至少一个计算单元行，该计算单元行用于从该数据内存中读取该列块包括的数据，并对该数据执行计算操作，得到该列块的最终计算结果，该操作内存，用于存储该操作信息。本发明还提出了一种GF(2)矩阵高斯消去方法、系统、电子设备及存储介质，可节省了流水线启动的时钟开销，同时节省计算内存。同时节省计算内存。同时节省计算内存。


技术研发人员：刘雷波 朱益宏 朱文平 魏少军
受保护的技术使用者：清华大学无锡应用技术研究院
技术研发日：2022.08.17
技术公布日：2022/11/11