可重構(gòu)系統(tǒng)中基于MMU的軟件硬件通信機(jī)制的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著基于可重構(gòu)器件的快速發(fā)展和使用，基于FPGA的可重構(gòu)技術(shù)逐漸成為國(guó)際上嵌入式計(jì)算領(lǐng)域中的一個(gè)新熱點(diǎn)。由于可重構(gòu)器件既有硬件電路高效計(jì)算的優(yōu)良性能，也具有多次編程、易于修改的靈活性，硬件任務(wù)作為一個(gè)和軟件任務(wù)等同的概念出現(xiàn)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，F(xiàn)PGA上可以靈活的實(shí)現(xiàn)一些計(jì)算密集型任務(wù)，使傳統(tǒng)的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)生了重大的變革。由FPGA和CPU構(gòu)成的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)混合系統(tǒng)具有計(jì)算性能高、靈活性強(qiáng)、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，它的出現(xiàn)使傳統(tǒng)意義上硬件與軟

2、件的界限變得模糊，讓軟件擁有了硬件的高性能，又讓硬件具備了軟件的靈活性。
　　然而，由于硬件任務(wù)不支持程序上下文的切換、不具有虛擬內(nèi)存機(jī)制、不能夠喚醒系統(tǒng)服務(wù)等特點(diǎn)，在FPGA和CPU構(gòu)成的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)混合系統(tǒng)中，任務(wù)數(shù)據(jù)地址的透明性和硬件任務(wù)的通用性降低。因此，雖然在嵌入式設(shè)備中，任務(wù)管理和應(yīng)用技術(shù)上已經(jīng)發(fā)展比較成熟，但是在動(dòng)態(tài)可重構(gòu)系統(tǒng)中，運(yùn)行在嵌入式處理器上的軟件任務(wù)和運(yùn)行在FPGA上的硬件任務(wù)作為兩個(gè)獨(dú)立的部分，它們之間的通

3、信問(wèn)題仍然是影響整個(gè)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。
　　本論文提出了一種基于MMU模塊的軟硬件任務(wù)間通信方法，該方法通過(guò)引入一種基于MMU思想的虛擬地址映射機(jī)制，在硬件中實(shí)現(xiàn)了描述MMU進(jìn)行虛擬地址映射行為的模塊，使硬件任務(wù)同軟件任務(wù)一樣具有虛擬地址，并利用這種機(jī)制實(shí)現(xiàn)了軟硬件任務(wù)之間的通信。此外，本論文為該通信方法設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了硬件任務(wù)間的互斥機(jī)制、頁(yè)表機(jī)制、中斷機(jī)制，確保了該通信方法在軟件硬件混合系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)。
　　本論文應(yīng)用Xilin