可重構(gòu)計(jì)算中支持硬件透明編程的自重構(gòu)技術(shù)研究.pdf

1、可重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)利用可編程邏輯器件可重配置的特點(diǎn)，在通用微處理器和專用集成電路之間提供一個(gè)結(jié)合功能靈活性和高運(yùn)算速度的平臺(tái)，被認(rèn)為是能滿足未來嵌入式應(yīng)用市場需求的一種極具競爭力的技術(shù)解決方案，國內(nèi)外學(xué)者對此研究十分活躍。隨著可編程邏輯設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，目前的可編程器件還支持動(dòng)態(tài)部分重配置，這使得可重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)可以改變自身部分功能，形成一種自重構(gòu)系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)中通常包括微處理器作為主要控制器，以及若干可重構(gòu)的硬件模塊作為硬件加速器，

2、因此是一個(gè)軟硬件混成系統(tǒng)?，F(xiàn)有設(shè)計(jì)方法在其上進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要設(shè)計(jì)人員了解硬件接口細(xì)節(jié)，管理硬件加速器的配置，以及軟硬件之間通信，這對設(shè)計(jì)人員而言比較繁瑣，也容易出錯(cuò)，不利于提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率。本文提出一個(gè)硬件透明的編程模型，屏蔽了硬件接口細(xì)節(jié)，而提供一個(gè)類似軟件函數(shù)的硬件函數(shù)給設(shè)計(jì)人員，使其能簡單方便地使用硬件加速器。在此基礎(chǔ)上，本文著重研究了自重構(gòu)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)及對上述硬件透明編程模型的支持。 首先我們設(shè)計(jì)了在自重構(gòu)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)

3、硬件透明模型的層次結(jié)構(gòu)：最下層是自重構(gòu)系統(tǒng)的硬件，硬件之上是對可重構(gòu)的硬件加速器進(jìn)行封裝的硬件函數(shù)，最上層是支持硬件函數(shù)調(diào)用的嵌入式操作系統(tǒng)。然后設(shè)計(jì)了自重構(gòu)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)：把微處理器（固定部分）和所有硬件加速器（可變部分）看作一種共享存儲(chǔ)器的異構(gòu)多核并行處理結(jié)構(gòu)，并討論了它們之間的關(guān)系與實(shí)現(xiàn)方法。為了實(shí)現(xiàn)重構(gòu)我們研究了自重構(gòu)系統(tǒng)中連接固定部分和可變部分的總線結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)方法。然后討論了自重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，利用Xilinx提供的工具，給

4、出了一個(gè)基于模塊的自重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程；并按照這個(gè)設(shè)計(jì)流程完成了一個(gè)包含硬件加速器及其硬件函數(shù)的自重構(gòu)系統(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了我們提出的基于硬件透明編程模型的自重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的可行性。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，按照本文所給出的自重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，可以在單片可編程器件上實(shí)現(xiàn)自重構(gòu)系統(tǒng)，在運(yùn)行時(shí)根據(jù)需要把不同硬件加速器配置到可編程器件上。在硬件透明編程模型上進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)人員不用了解硬件加速器的配置和接口細(xì)節(jié)，只需要在程序中調(diào)用相應(yīng)硬件函數(shù)，系統(tǒng)