基于FPGA的可重構(gòu)系統(tǒng)及CAD技術(shù)研究.pdf

1、可重構(gòu)計(jì)算同時(shí)具有軟件的靈活性和硬件的高性能，是一種新型的計(jì)算模式，目前已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。由于可重構(gòu)計(jì)算的研究仍處于發(fā)展階段，還面臨很多問題需要解決，如在可重構(gòu)應(yīng)用設(shè)計(jì)過(guò)程中，缺乏便捷、通用的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具來(lái)將應(yīng)用設(shè)計(jì)映射到可重構(gòu)系統(tǒng)，包括任務(wù)劃分、映射等。此外，如何縮短系統(tǒng)重構(gòu)時(shí)間，提高可重構(gòu)系統(tǒng)性能是可重構(gòu)計(jì)算所面臨的一個(gè)關(guān)鍵問題。
　　 本文針對(duì)這些問題開展研究，并主要完成了以下工作：
　　 (1)采用Xil

2、inx公司支持二維區(qū)域部分可重構(gòu)的Virtex-4 FPGA，設(shè)計(jì)了一個(gè)可重構(gòu)系統(tǒng)硬件平臺(tái)，作為研究面向可重構(gòu)系統(tǒng)的操作系統(tǒng)和其他應(yīng)用的硬件基礎(chǔ)。本論文詳細(xì)介紹了該硬件平臺(tái)的功能結(jié)構(gòu)、配置方法、以及系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)開發(fā)流程。
　　 (2)針對(duì)可重構(gòu)計(jì)算中的硬件任務(wù)劃分問題，提出一種概率構(gòu)造算法與遺傳算法融合的算法，通過(guò)引入表示劃分結(jié)果多樣性的度量方法，利用概率構(gòu)造算法產(chǎn)生具有多樣性的較優(yōu)的初始群體，并在此基礎(chǔ)上利用遺傳算法尋

3、求最優(yōu)解。實(shí)驗(yàn)表明，該算法在求解質(zhì)量上高于列表算法；在同等解質(zhì)量的情況下，比隨機(jī)產(chǎn)生初始群體的遺傳算法運(yùn)行時(shí)間提高一倍以上，并且劃分問題規(guī)模越大，優(yōu)勢(shì)越明顯。
　　 (3)基于FPGA的可重構(gòu)系統(tǒng)的重構(gòu)時(shí)間與配置文件的大小直接相關(guān)，為了縮短系統(tǒng)重構(gòu)時(shí)間，從布局的角度提出了一種縮小FPGA配置文件的算法。該算法是針對(duì)基于查找表的FPGA，并在VPR布局算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。該算法除了考慮減少連線長(zhǎng)度和關(guān)鍵路徑延時(shí)之外，還通過(guò)將前一

4、個(gè)電路的查找表配置信息引入到布局算法的價(jià)格函數(shù)中，以盡量減少前后兩個(gè)電路在FPGA中布局后所對(duì)應(yīng)的查找表配置信息的差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)采用差量配置方式對(duì)FPGA進(jìn)行配置時(shí)，該算法能縮小整個(gè)差量配置文件的長(zhǎng)度，從而縮短系統(tǒng)重構(gòu)時(shí)間。
　　 (4)為了縮短基于FPGA的可重構(gòu)系統(tǒng)重構(gòu)時(shí)間，提出了一種在差量配置模式下縮小FPGA配置文件的布線算法。在經(jīng)典的FPGA布線算法考慮的主要因素(提高布線資源的利用率和減少關(guān)鍵路徑延時(shí))之外，