面向動(dòng)態(tài)可重構(gòu)片上系統(tǒng)的過程級設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、可重構(gòu)片上系統(tǒng)結(jié)合了通用處理器和ASIC（Application Specific Intergrated Circuits）兩者的優(yōu)點(diǎn)，既能夠提供硬件的高效率又具有軟件的可編程性，近年來已成為研究的熱點(diǎn)。由于具有高性能、高可靠性和設(shè)計(jì)靈活等特點(diǎn)，此類系統(tǒng)在數(shù)據(jù)加解密、航空航天、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。 但是目前可重構(gòu)片上系統(tǒng)在實(shí)際的應(yīng)用過程中仍然存在不少的困難。首先，現(xiàn)有的可重構(gòu)片上系統(tǒng)的編程模型仍然比較復(fù)雜，

2、系統(tǒng)開發(fā)過程過于依賴設(shè)計(jì)人員的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)素質(zhì)，進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)的門檻較高，阻礙了此類系統(tǒng)更為廣泛的應(yīng)用；其次，應(yīng)用開發(fā)人員需要了解體系結(jié)構(gòu)和可重構(gòu)器件實(shí)現(xiàn)的底層物理細(xì)節(jié)。而且由于應(yīng)用領(lǐng)域不同，開發(fā)人員還需要針對特定領(lǐng)域需求，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的可重構(gòu)系統(tǒng)硬件模塊；最后，面向可重構(gòu)片上系統(tǒng)的設(shè)計(jì)自動(dòng)化是一種被普遍認(rèn)可但尚未妥善解決的難題。針對可重構(gòu)系統(tǒng)的特點(diǎn)，我們需要研究開發(fā)支持自動(dòng)任務(wù)劃分、算法映射和設(shè)計(jì)優(yōu)化的工具。 本文集中對面向可重

3、構(gòu)片上系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的硬件透明編程模型及其相關(guān)的系統(tǒng)功能表示、硬件方法封裝、軟硬件方法動(dòng)態(tài)鏈接等問題進(jìn)行探索和研究，主要工作如下： 1．提出了一種以Java為描述語言的方法（過程）級硬件透明編程模型。該編程模型基于軟硬件協(xié)同方法庫，并且支持動(dòng)態(tài)軟硬件劃分。在該編程模型框架下，程序設(shè)計(jì)者調(diào)用軟件方法進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)而無需理會(huì)底層的物理細(xì)節(jié)，開發(fā)效率得到了提高。 2．提出了一種硬件方法封裝方式并給出了詳細(xì)流程。硬件方法封裝有

4、效地屏蔽了硬件加速器邏輯功能的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)以及通信與同步的相關(guān)細(xì)節(jié)。同時(shí)該封裝方式可以幫助我們預(yù)先設(shè)計(jì)好面向領(lǐng)域的軟硬件方法庫，從而減輕開發(fā)人員的工作。 3．設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)運(yùn)行時(shí)可重構(gòu)Java虛擬機(jī)。該虛擬機(jī)根據(jù)軟硬件劃分結(jié)果動(dòng)態(tài)加載并鏈接相應(yīng)的硬件方法，從而達(dá)到簡化編譯器和綜合工具、提高自動(dòng)化程度的目的。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明上述編程模型能夠支持硬件透明編程，同時(shí)系統(tǒng)性能得到了改善。在本實(shí)驗(yàn)中取得的階段性成果為后續(xù)研究奠定了一定