可重构多流水计算系统研究

发布时间：2020-07-05 01:07

【摘要】：从20世纪80年代中期开始,VLSI技术的进步推动了现场可编程逻辑器件(如FPGA)的快速发展。目前,将传统微处理器与可编程器件集成在一起的混合式可重构计算系统正在成为主流计算系统,可重构计算也已经成为国际学术界的研究热点之一,甚至被看作是历史上第三种求算方式。但是,以前关于混合式可重构计算系统的研究并未涉及到整合多段可重构流水阵列的情况,对可重构流水阵列的实现方法也没有做过系统的论述。本文提出一种集成有多段流水阵列的混合式可重构计算系统——MPRS(Multi-Pipeline Reconfigurable System),对其系统结构、可重构计算的执行方式以及可重构阵列的系统化实现方法进行了全面论述。首先,文中提出MPRS的结构模型和执行模型,在此基础上建立了一个完整的混合式可重构计算系统。该系统不仅包括在系统行为层次上描述的MPRS模拟器,还包括编程环境和验证环境,为整个论文的工作提供了研究平台。文中还研究了宿主机、可重构协处理器、存储器之间的有效整合问题,分层次地设计了MPRS可重构协处理器的结构和互连网络,定义了可重构单元的配置字格式。MPRS支持虚拟阵列的实现,为此文中提出一种基于“配置片”的虚拟阵列分析和设计方法,它是设计MPRS协处理器结构时的重要参考,也是确定应用程序中输入、出数据的组织与时序的直接依据。其次,文中初步研究了混合式可重构计算系统的设计方法,提出了面向MPRS的协同编译流程,重点讨论了可重构流水阵列的系统化实现方法。文中提出基于DGRV的映射方法,分析为实现MPRS阵列的自动化映射而必须考虑的基本问题——目标函数和约束条件,为最终实现算法到阵列的自动映射奠定了基础。进一步地,文中还针对几个典型应用问题开发了MPRS的可重构并行算法、作了编程实现,并将其与类MIPS微处理器作了性能对比,这同时也为MPRS建立起了基本的编程框架。最后,文中还指出MPRS有待完善的方面,为进一步的研究提供了方向。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TP302
【图文】：

可重构计算,单元

!)VVV)))))))))VVV日日日日日日日日图2一7xilinx62oo的xJj能单元!30】Xihnx6200系列FPGA的逻辑块属于典型的细颗粒度(图2一7)!30]，其每个计算单元可以实现任何两输入函数以及部分三输入函数。Morphosys系统!341的可重构单元则是典型的粗颗粒度(图2一8)，其每个可重构单元包括一个ALU一乘法器，一个移位单元，两个输入多路选择器以及由四个寄存器组成的寄存器堆，基本数据宽度和系统

虚拟阵列,协处理器

第四章设计‘}，的若l飞问题根据“配置片”法的分析，我们知道要实现对虚拟阵列的支持就必须在MPRS中专「〕设计一些专用部件，这些部件在图4一9中用蓝色的图框和线条表示。图中的状态FIFO用来暂存中间结果数据，至于在什么时刻进行暂存和恢复操作需要由专门设计的虚拟阵列控制器(stoer/erstoerconrtolel)r在控制单元的统一协调下实施具体控制。需要注意的是，MPRS中没有为暂存配置字而设计另外的存储部件，而是利用了原有的配置数据缓冲器。这样做的前提是可重构阵列要以纯粹的流水方式运行，从而可以通过配置片法分析出其确切的暂存、恢复时刻，同时还要假定虚拟阵列的长度不超过配置数据FIFO的深度。当前的MPRS模拟器可以满足这两个条件。图4一9支持虚拟阵列的MPRS协处理器结构采用虚拟阵列技术时，完成某个计算所需要的时间由阵列计算时间以及相应的访存时间决定。访存时间的具体分析可见4.1.5节;阵列计算时间由计算白身的要求决定，并通过对相应专用寄存器的编程来获得

【引证文献】