每个 bounding box 要预测 (x, y, w, h) 和 confidence 共5个值，每个网格还要预测一个类别信息，记为 C 类。则 SxS个 网格，每个网格要预测 B 个 bounding box， 每个box中都有 C 个 classes对应的概率值。输出就是 S x S x B x(5+C) 的一个 tensor。
void forward_convolutional_layer(convolutional_layer l, network_state state)
{
int out_h = convolutional_out_height(l);//获得本层卷积层输出特征图的高、宽
int out_w = convolutional_out_width(l);
int i, j;
// l.outputs = l.out_h * l.out_w * l.out_c在make各网络层函数中赋值（比如make_convolutional_layer()），// 对应每张输入图片的所有输出特征图的总元素个数（每张输入图片会得到n也即l.out_c张特征图）// 初始化输出l.output全为0.0；输入l.outputs*l.batch为输出的总元素个数，其中l.outputs为batch// 中一个输入对应的输出的所有元素的个数，l.batch为一个batch输入包含的图片张数；0表示初始化所有输出为0；
fill_cpu(l.outputs*l.batch, 0, l.output, 1);//将地址l.output，l.outputs*l.batch个float地址空间的数据初始化0
.......
作者在进行卷积运算前，将输入特征图进行重新排序：
```c
void im2col_cpu(float* data_im,
int channels, int height, int width,
int ksize, int stride, int pad, float* data_col)
{
int c,h,w;
// 计算该层神经网络的输出图像尺寸（其实没有必要再次计算的，因为在构建卷积层时，make_convolutional_layer()函数// 已经调用convolutional_out_width()，convolutional_out_height()函数求取了这两个参数，// 此处直接使用l.out_h,l.out_w即可，函数参数只要传入该层网络指针就可了，没必要弄这么多参数）
int height_col = (height + 2*pad - ksize) / stride + 1;
int width_col = (width + 2*pad - ksize) / stride + 1;
/// 卷积核大小：ksize*ksize是一个卷积核的大小，之所以乘以通道数channels，是因为输入图像有多通道，每个卷积核在做卷积时，/// 是同时对同一位置处多通道的图像进行卷积运算，这里为了实现这一目的，将三通道上的卷积核并在一起以便进行计算，因此卷积核/// 实际上并不是二维的，而是三维的，比如对于3通道图像，卷积核尺寸为3*3，该卷积核将同时作用于三通道图像上，这样并起来就得/// 到含有27个元素的卷积核，且这27个元素都是独立的需要训练的参数。所以在计算训练参数个数时，一定要注意每一个卷积核的实际/// 训练参数需要乘以输入通道数。
int channels_col = channels * ksize * ksize;//输入通道// 外循环次数为一个卷积核的尺寸数，循环次数即为最终得到的data_col的总行数
for (c = 0; c < channels_col; ++c) {
//行，列偏置都是对应着本次循环要操作的输出位置的像素而言的，通道偏置，是该位置像素所在的输出通道的绝对位置（通道数）// 列偏移，卷积核是一个二维矩阵，并按行存储在一维数组中，利用求余运算获取对应在卷积核中的列数，比如对于// 3*3的卷积核（3通道），当c=0时，显然在第一列，当c=5时，显然在第2列，当c=9时，在第二通道上的卷积核的第一列，// 当c=26时，在第三列（第三输入通道上）
int w_offset = c % ksize;//0,1,2// 行偏移，卷积核是一个二维的矩阵，且是按行（卷积核所有行并成一行）存储在一维数组中的，// 比如对于3*3的卷积核，处理3通道的图像，那么一个卷积核具有27个元素，每9个元素对应一个通道上的卷积核（互为一样），// 每当c为3的倍数，就意味着卷积核换了一行，h_offset取值为0,1,2，对应3*3卷积核中的第1, 2, 3行
int h_offset = (c / ksize) % ksize;//0,1,2// 通道偏移，channels_col是多通道的卷积核并在一起的，比如对于3通道，3*3卷积核，每过9个元素就要换一通道数，// 当c=0~8时，c_im=0;c=9~17时，c_im=1;c=18~26时，c_im=2,操作对象是排序后的像素位置
int c_im = c / ksize / ksize;
// 中循环次数等于该层输出图像行数height_col，说明data_col中的每一行存储了一张特征图，这张特征图又是按行存储在data_col中的某行中
for (h = 0; h < height_col; ++h) {
// 内循环等于该层输出图像列数width_col，说明最终得到的data_col总有channels_col行，height_col*width_col列
for (w = 0; w < width_col; ++w) {
// 由上面可知，对于3*3的卷积核，行偏置h_offset取值为0,1,2,当h_offset=0时，会提取出所有与卷积核第一行元素进行运算的像素，// 依次类推；加上h*stride是对卷积核进行行移位操作，比如卷积核从图像(0,0)位置开始做卷积，那么最先开始涉及(0,0)~(3,3)// 之间的像素值，若stride=2，那么卷积核进行一次行移位时，下一行的卷积操作是从元素(2,0)（2为图像行号，0为列号）开始
int im_row = h_offset + h * stride;//yolov3-tiny stride = 1// 对于3*3的卷积核，w_offset取值也为0,1,2，当w_offset取1时，会提取出所有与卷积核中第2列元素进行运算的像素，// 实际在做卷积操作时，卷积核对图像逐行扫描做卷积，加上w*stride就是为了做列移位，// 比如前一次卷积其实像素元素为(0,0)，若stride=2,那么下次卷积元素起始像素位置为(0,2)（0为行号，2为列号）
int im_col = w_offset + w * stride;
// col_index为重排后图像中的像素索引，等于c * height_col * width_col + h * width_col +w（还是按行存储，所有通道再并成一行），// 对应第c通道，h行，w列的元素
int col_index = (c * height_col + h) * width_col + w;//将重排后的图片像素，按照左上->右下的顺序，计算一维索引//im_col + width*im_row + width*height*channel 重排前的特征图在内存中的位置索引// im2col_get_pixel函数获取输入图像data_im中第c_im通道，im_row,im_col的像素值并赋值给重排后的图像，// height和width为输入图像data_im的真实高、宽，pad为四周补0的长度（注意im_row,im_col是补0之后的行列号，// 不是真实输入图像中的行列号，因此需要减去pad获取真实的行列号）
data_col[col_index] = im2col_get_pixel(data_im, height, width, channels,
im_row, im_col, c_im, pad);
// return data_im[im_col + width*im_row + width*height*channel)];
}
}
}
}
通过gemm进行卷积乘加操作，通过add_bias添加偏置。
//进行卷积的乘加运算，没有bias偏置参数参与运算；
gemm(0, 0, m, n, k, 1, a, k, b, n, 1, c, n);
add_bias(l.output, l.biases, l.batch, l.n, out_h*out_w);//每个输出特征图的元素都加上对应通道的偏置参数
void upsample_cpu(float *in, int w, int h, int c, int batch, int stride, int forward, float scale, float *out)
{
int i, j, k, b;
for (b = 0; b < batch; ++b) {
for (k = 0; k < c; ++k) {
for (j = 0; j < h*stride; ++j) {
for (i = 0; i < w*stride; ++i) {
int in_index = b*w*h*c + k*w*h + (j / stride)*w + i / stride;
int out_index = b*w*h*c*stride*stride + k*w*h*stride*stride + j*w*stride + i;
if (forward) out[out_index] = scale*in[in_index];
else in[in_index] += scale*out[out_index];
}
}
}
}
}
//w,h:640,424 netw, neth:416,416 thresh:图像置信度阈值0.25 hier:0.5//map:0 relative:1 letter:0//根据yolo层 计算满足置信度阈值要求的box相对的预测坐标、宽度和高度，并将结果保存在dets[count].bbox结构体中//每个box有80个类别，有一个置信度，该类别对应的可能性prob：class概率*置信度///舍弃prob小于阈值0.25的box
int get_yolo_detections(layer l, int w, int h, int netw, int neth, float thresh, int *map, int relative, detection *dets, int letter)
{
printf("\n l.batch = %d, l.w = %d, l.h = %d, l.n = %d ,netw = %d, neth = %d \n", l.batch, l.w, l.h, l.n, netw, neth);
int i,j,n;
float *predictions = l.output;//yolo层的输出// This snippet below is not necessary// Need to comment it in order to batch processing >= 2 images//if (l.batch == 2) avg_flipped_yolo(l);
int count = 0;
//printf("yolo layer l.mask[0] is %d, l.mask[1] is %d, l.mask[2] is %d\n", l.mask[0], l.mask[1], l.mask[2]);//printf("yolo layer l.biases[l.mask[0]*2] is %f, l.biases[l.mask[1]*2] is %f, l.biases[l.mask[2]*2] is %f\n", l.biases[l.mask[0] * 2], l.biases[l.mask[1] * 2], l.biases[l.mask[2] * 2]);//遍历yolo层
for (i = 0; i < l.w*l.h; ++i){//该yolo层输出特征图的宽度、高度：13x13 26x26
int row = i / l.w;
int col = i % l.w;
for(n = 0; n < l.n; ++n){//yolo层，l.n = 3//obj_index:置信度层索引
int obj_index = entry_index(l, 0, n*l.w*l.h + i, 4);//obj_index = n*l.w*l.h*(4+l.classes+1) + 4*l.w*l.h + i;
float objectness = predictions[obj_index];//获得对应的置信度//if(objectness <= thresh) continue; // incorrect behavior for Nan values
if (objectness > thresh) {//只有置信度大于阈值才开始执行该分支//printf("\n objectness = %f, thresh = %f, i = %d, n = %d \n", objectness, thresh, i, n);//box_index:yolo层每个像素点有三个box,表示每个box的索引值
int box_index = entry_index(l, 0, n*l.w*l.h + i, 0);//box_index = n*l.w*l.h*(4+l.classes+1)+ i;//l.biases->偏置参数起始地址 l.mask[n]：分别为3，4，5，0，1，2，biases偏置参数偏移量//根据yolo层 计算满足置信度阈值要求的box相对的预测坐标、宽度和高度，并将结果保存在dets[count].bbox结构体中
dets[count].bbox = get_yolo_box(predictions, l.biases, l.mask[n], box_index, col, row, l.w, l.h, netw, neth, l.w*l.h);
//获取对应的置信度，该置信度经过了logistic
dets[count].objectness = objectness;
//获得分类数：80（int类型）
dets[count].classes = l.classes;
for (j = 0; j < l.classes; ++j) {
//80个类别，每个类别对应的概率，class_index为其所在层的索引
int class_index = entry_index(l, 0, n*l.w*l.h + i, 4 + 1 + j);//class_index = n*l.w*l.h*(4+l.classes+1) + （4+1+j）*l.w*l.h + i;//每个box有80个类别，有一个置信度，该类别对应的可能性prob：class概率*置信度
float prob = objectness*predictions[class_index];
//舍弃prob小于阈值0.25的box
dets[count].prob[j] = (prob > thresh) ? prob : 0;
}
++count;
}
}
}
correct_yolo_boxes(dets, count, w, h, netw, neth, relative, letter);
return count;
}
非极大值抑制[NMS]
//dets:box结构体 nboxes:满足阈值的box个数 l.classe:80 thresh=0.45f//两个box,同一类别进行非极大值抑制，遍历
void do_nms_sort(detection *dets, int total, int classes, float thresh)
{
int i, j, k;
k = total - 1;
for (i = 0; i <= k; ++i) {//box个数
if (dets[i].objectness == 0) {//置信度==0 不执行该分支，理论上没有objectness = 0
printf("there is no objectness == 0 !!! \n");
detection swap = dets[i];
dets[i] = dets[k];
dets[k] = swap;
--k;
--i;
}
}
total = k + 1;
//同一类别进行比较
for (k = 0; k < classes; ++k) {//80个 //box预测的类别
for (i = 0; i < total; ++i) {//box个数
dets[i].sort_class = k;
}
//函数作用：将prob较大的box排列到前面
qsort(dets, total, sizeof(detection), nms_comparator_v3);
for (i = 0; i < total; ++i) {//两个box,同一类别进行非极大值抑制//printf(" k = %d, \t i = %d \n", k, i);
if (dets[i].prob[k] == 0) continue;
box a = dets[i].bbox;
for (j = i + 1; j < total;++j){
box b = dets[j].bbox;
if( box_iou(a, b) > thresh) dets[j].prob[k] = 0;
}
}
}
}
import numpy as np
from scipy import signal
ksize = 3 #ksize x ksize convolution kernel
im_size = 4 #im_size x im_size input activation map
def strideConv(arr, arr2, s): #the function that performs the 2D convolution
return signal.convolve2d(arr, arr2[::-1, ::-1], mode='valid')[::s, ::s]
kernel = np.arange(0,ksize*ksize,1).reshape((ksize,ksize)) #the kernel is a matrix of increasing numbers
act_map = np.arange(0,im_size*im_size,1).reshape((im_size,im_size)) #the activation map is a matrix of increasin numbers
conv = strideConv(act_map,kernel,1)
print(kernel)
print(act_map)
print(conv)
单个加法：
module mac_manual #(
parameter N = 16,
parameter Q = 12
)(
input clk,sclr,ce,
input [N-1:0] a,
input [N-1:0] b,
input [N-1:0] c,
output reg [N-1:0] p
);
always@(posedge clk,posedge sclr)
begin
if(sclr)
begin
p<=0;
end
else if(ce)
begin
p <= (a*b+c); //performs the multiply accumulate operation
end
end
endmodule
卷积中的偏置：
wire [7:0] w; // 8-bit wire
reg [4:1] x; // 4-bit reg
output reg [0:0] y; // 1-bit reg that is also an output port (this is still a vector)
input wire [3:-2] z; // 6-bit wire input (negative ranges are allowed)
output [3:0] a; // 4-bit output wire. Type is 'wire' unless specified otherwise.
wire [0:7] b; // 8-bit wire where b[0] is the most-significant bit.
wire [2:0] a, c; // Two vectors
assign a = 3'b101; // a = 101
assign b = a; // b = 1 implicitly-created wire
assign c = b; // c = 001 <-- bug
my_module i1 (d,e); // d and e are implicitly one-bit wide if not declared.
// This could be a bug if the port was intended to be a vector.
Adding `default_nettype none would make the second line of code an error, which makes the bug more visible.
assign w = a;
takes the entire 4-bit vector a and assigns it to the entire 8-bit vector w (declarations are taken from above). If the lengths of the right and left sides don't match, it is zero-extended or truncated as appropriate.
在HLS进行ip核打包的时候，出现了Vivado fails to export IPs with the error message “Bad lexical cast: source type value could not be interpreted as target”错误 ，在xilinx官网找到了解决办法：
