動態(tài)重構(gòu)系統(tǒng)若干關(guān)鍵問題的研究.pdf

1、以通信和多媒體技術(shù)為代表的應(yīng)用需求的迅速發(fā)展，對傳統(tǒng)的微處理器和ASIC的性能提出了更高的要求。VLSI技術(shù)的進步促進了以FPGA為代表的可重構(gòu)硬件的快速發(fā)展，尤其是具有動態(tài)部分重構(gòu)能力的可重構(gòu)硬件的出現(xiàn)，使可重構(gòu)計算成為解決這類問題的重要方法。但是，限于目前可重構(gòu)硬件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和重構(gòu)技術(shù)等方面的發(fā)展現(xiàn)狀，可重構(gòu)計算的實用化還存在諸多挑戰(zhàn)性問題。針對微處理器和可重構(gòu)硬件構(gòu)成的動態(tài)重構(gòu)系統(tǒng)，本文重點研究了系統(tǒng)的重構(gòu)方式、可重構(gòu)資源管理、硬

2、件任務(wù)的調(diào)度與布局以及軟硬件劃分等問題，并給出了相應(yīng)的解決方案和實驗分析，為進一步研究可重構(gòu)計算及其實用化打下了良好的基礎(chǔ)。本文的主要研究內(nèi)容包括： 在分析：FPGA配置結(jié)構(gòu)和動態(tài)模塊對應(yīng)的部分位流結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了一種動態(tài)模塊的重定位方法。基于模塊的部分重構(gòu)是降低系統(tǒng)重構(gòu)開銷的一種有效方法，但由于部分位流是在FPGA的某位置上預(yù)綜合得到的，配置到FPGA上并啟動該電路模塊的執(zhí)行也必須是在相同的位置，因此會導(dǎo)致時間上相互交叉的

3、模塊產(chǎn)生沖突。利用重定位技術(shù)可以根據(jù)需要將該模塊轉(zhuǎn)移到同構(gòu)資源的空閑位置上，能夠提高系統(tǒng)的執(zhí)行效率。 提出了一種基于配置頁的可重構(gòu)資源管理方法，并基于Virtex Ⅱ平臺FPGA實現(xiàn)了相應(yīng)的原型系統(tǒng)。系統(tǒng)對不同的可重構(gòu)資源進行分類建模，分析了配置頁尺寸的確定方法，并以配置頁為基本單位進行管理。運行時可以根據(jù)應(yīng)用需求分配一段由不同數(shù)量的連續(xù)配置頁構(gòu)成的邏輯區(qū)域，以及回收和合并空閑配置頁等，有效地實現(xiàn)了1D劃分下的可重構(gòu)資源管理。

4、 提出了可重構(gòu)硬件的一種2D區(qū)域模型，并給出了該模型下可重構(gòu)資源管理和硬件任務(wù)布局的算法及實驗分析?；谌蝿?wù)上邊界的最大空閑矩形保持算法能夠有效地管理可重構(gòu)硬件上的空閑資源，便于在運行時動態(tài)分配與回收可重構(gòu)資源以及使用FF和啟發(fā)式BF算法實現(xiàn)硬件任務(wù)的在線布局。與1D劃分相比，能夠提高可重構(gòu)硬件的資源利用率，從而提高系統(tǒng)的性能。 基于可重構(gòu)硬件的動態(tài)部分重構(gòu)能力，采用2D區(qū)域模型進行可重構(gòu)資源的分配與回收，并考慮硬件任務(wù)的