FPGA比特流的数据压缩

Question

我正在寻找一种好的压缩算法，用于解压缩来自闪存芯片的数据以加载到FPGA（Xilinx Spartan6-LX9开发板上的Mojo）。它必须快速解压缩并且不需要大量工作内存来执行此操作，因为CPU（ATmega16U4）的时钟频率为8 MHz，并且只有2 KiB的RAM和16 KiB的程序闪存，其中一些已经在使用中。压缩速度不是特别重要，因为压缩只能在计算机上运行一次，压缩算法不需要对任意输入起作用。

Here is an example bitstream.格式记录在the Spartan-6 FPGA Configuration手册中（从第92页开始）。

一般来说，数据中存在的模式属于几个类别，并且我不确定在我使用的约束条件下哪些模式最容易被利用：

• 数据整体组织成一组已知格式的数据包。比特流的某些部分有点＆＃34;刻板＆＃34; （例如，它总是通过写入某些寄存器开始和结束），其他命令将以可预测的顺序出现。

• 有些字节比其他字节更常见。到目前为止，00和FF是最常见的，但设置了少量位的其他字节（例如，80,44,02）也很常见。

• 00和FF字节的运行非常频繁。其他模式有时会出现在本地范围内（例如，16字节序列将重复几次），但不是全局的。

在给定约束的情况下，对于此任务，适当的压缩算法（不是库，除非您确定它适合！）是什么？

Answer 1

您是否尝试过内置的比特流压缩？这对非完整设备非常有效。这是一个bitgen选项，FPGA支持开箱即用，因此它对您的micro没有资源影响。

此处描述了实现压缩的方式：

http://www.xilinx.com/support/answers/16996.html

comp.arch.fpga讨论了其他可能性：

https://groups.google.com/forum/?fromgroups#!topic/comp.arch.fpga/7UWTrS307wc

似乎一张海报在相对受限的嵌入式系统上成功实施了LZMA。您可以使用7zip检查您可能期望的压缩率，并在提交嵌入式部件的实现之前查看它是否足够好。

Answer 2

根据您的描述，我建议使用游程编码，然后使用Huffman编码字节和运行。您需要对数据本身的内存非常少，主要用于累积频率和构建霍夫曼树。不到1K。

您应该制作运行长度的直方图，以帮助确定分配给运行长度的位数。

Answer 3

您应该考虑使用LZO compression library。它可能是现存最快的解压缩器之一，并且解压缩不需要内存。但是，压缩需要64KB的内存（或者其中一个压缩级别需要8KB）。如果您只需要解压缩，它可能适合您。

LZO项目甚至提供了这个名为miniLZO的库的特殊缩减版本。根据作者的说法，miniLZO在i386上编译为小于5KB的二进制文件。由于你有16KB的闪存，它可能只适合你的约束。

LZO压缩器目前由UPX（u ltimate p acker用于e x可执行文件。