異構多核可重構片上系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、片上多核系統(tǒng)（Multi processor System-on-Chip，MPSoC），將通用處理器、DSP、ASIP以及IP核等異構計算單元集成到單芯片中，以更好地滿足不同類型任務的需求。然而隨著嵌入式應用領域不斷向多樣性的方向發(fā)展，需要針對不同的應用特征定制硬件計算平臺?；诳芍貥嫾夹g的片上多核處理器是一種將可重構技術與MPSoC相結合的解決方案，可以利用可重構邏輯器件的硬件可編程性，針對不同的應用特征優(yōu)化系統(tǒng)性能，從而能夠在充分

2、利用片上多核計算資源的前提下更有效地滿足嵌入式領域的不同應用要求。
　　 然而，硬件系統(tǒng)的功能可重構需要計算機硬件結構在設計完成后根據(jù)應用程序特點進行動態(tài)更改，這與傳統(tǒng)的片上多核系統(tǒng)有較大區(qū)別。其動態(tài)變化的特征無疑給片上多核系統(tǒng)的設計帶來了新的挑戰(zhàn)，需要進一步研究可重構片上多核系統(tǒng)的設計框架，以及新的特征所帶來的一系列新的問題，包括軟硬件功能的動態(tài)劃分和任務調度、互聯(lián)模型和通信機制、以及編程模式等，以便充分挖掘系統(tǒng)的處理性能。<

3、br>　　 本文針對上述問題，開展了有關異構多核可重構片上系統(tǒng)關鍵技術的研究。論文的主要工作和創(chuàng)新之處包括：
　　 一、搭建了異構多核可重構片上系統(tǒng)的研究環(huán)境。主要包括：
　　 （1）設計與實現(xiàn)了基于ADL描述語言的片上多核系統(tǒng)（MPSOC）仿真器，用于MPSOC體系結構設計方案的評估。
　　 （2）基于XilinXFPGA開發(fā)板，構建了基礎研究平臺。該平臺可集成多種類型的通用處理器，以及硬件IP核，具有異構、

4、多核、可重構的基本特征?？捎糜谲浻布δ軇澐帧⑷蝿照{度、計算資源互聯(lián)等技術有效性的驗證。
　　 二、研究了異構多核可重構片上系統(tǒng)的體系結構問題。通過引入面向服務的理念和服務體-執(zhí)行流的概念，提出了一種面向服務的異構多核可重構片上系統(tǒng)層次化模型。該模型將系統(tǒng)中的計算資源抽象為若干種服務體，包括核心調度服務體、用戶服務體、軟硬件計算服務體。核心調度服務體負責軟硬件功能的動態(tài)劃分與任務調度，用戶服務體負責為應用程序提供編程接口，軟硬件

5、計算服務體提供計算服務。面向服務概念的引入使得系統(tǒng)具有良好的可擴展性，并可向用戶提供一致的編程接口，有利于解決異構多核系統(tǒng)的“編程墻”問題，提高了系統(tǒng)的適用性。
　　 三、研究了軟硬件功能動態(tài)調整和任務調度問題。主要包括：
　　 （1）首先應用動態(tài)剖析技術獲得程序運行的熱點代碼，進而提出了一種將軟硬件功能動態(tài)劃分與任務調度相結合的性能評估方法，以指導軟硬件功能動態(tài)調整重構，從而可以針對系統(tǒng)不同層次的性能需求給出不同的硬件

6、平臺重構方案和任務劃分方案。
　　 （2）提出了一種片上異構多核系統(tǒng)中的任務流動態(tài)調度算法MP-Tomasulo。該算法借鑒單核的指令級指令級動態(tài)調度技術，實現(xiàn)了多核環(huán)境下的任務級并行，有效提高了系統(tǒng)的性能。
　　 四、研究了片上計算資源互聯(lián)模型和通信機制。主要包括：
　　 （1）設計并實現(xiàn)了一種基于點對點總線的星型互聯(lián)架構和任務通信模型。該互聯(lián)架構以較低的硬件開銷獲得了較高的通信效率，可以實現(xiàn)計算資源互聯(lián)的快速