基于异构多核的远程动态可重构SoPC设计与实现

发布时间：2017-07-19 04:15

  本文关键词：基于异构多核的远程动态可重构SoPC设计与实现

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【摘要】：目前基于FPGA(Field Programmable Gate Array)嵌入式系统已广泛应用于航空、智能家电和数据采集等领域，尤其在航空领域系统远程升级维护极其重要。由于嵌入式系统硬件资源有限，需通过静态或动态重构实现硬件资源复用。静态重构会终止整个系统运行，影响系统效率和稳定性。而动态重构能在不影响其它功能情况下，实现新功能配置，对嵌入式系统发展尤为重要。单核处理器往往能较好处理某一任务，但异构多核系统组合具有不同优势的处理器，可高效完成复杂计算任务。 本文提出并实现了基于异构多核的远程动态可重构SoPC(System on a Programmable Chip)系统，其硬件子系统采用EAPR(Early Access Partial Reconfiguration)方法设计实现，软件子系统设计遵循MVC(Model View Controller)框架的业务逻辑与数据显示分离思想。首先对硬件子系统进行了模块化设计，，其中包括有32位符号整型加法器和乘法器可重构IP核及其接口模块、远程重构所需的以太网、内部配置访问端口ICAP和CF卡接口控制模块等的设计实现。运用所设计的这些功能模块实现了基于单MicroBlaze软核的远程动态可重构SoPC。此后使用MicroBlaze核和PowerPC硬核构成异构多核架构，PowerPC主处理器负责硬件资源局部重构等工作，MicroBlaze处理器负责软件程序运算验证工作。最终融合所设计的各个功能模块，经布局布线配置完成完整的硬件子系统。软件子系统运用YUI等Web前台技术完成了页面展示和事件响应；通过XHR注入技术实现了Web命令异步传输；使用C语言实现了包括动态部分重构、多核交互验证、文档浏览、更新配置文件等功能的后台Web服务。 两个SoPC都具有远程局部重构加法器、乘法器和空操作功能，可进行远程系统升级和切换，Web网页能实时显示操作响应时延和重构状态信息。系统操作方便易于维护，尤其设计的异构双核架构和在线升级使系统扩展性强，有效降低了系统重构时间。实验证明两系统在Virtex5ML507FPGA上运行稳定，且系统在线传输速率、远程局部重构时延及Web响应时延评估数据表明该方案可应用于远程重构实际场景。
【关键词】：远程重构 异构多核 EAPR MVC 远程升级
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP368.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-9
• 图表清单9-11
• 缩略词11-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 课题的来源及意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-18
• 1.2.1 国内研究现状14-16
• 1.2.2 国外研究现状16-18
• 1.3 本文的主要工作18
• 1.4 本文的组织结构18-20
• 第二章 远程动态可重构 SoPC 的关键技术及多核处理器研究20-31
• 2.1 可重构计算的技术基础20-24
• 2.1.1 可重构计算的基本概念20
• 2.1.2 FPGA 可重构技术20-22
• 2.1.3 可重构系统的分类22-24
• 2.2 远程动态可重构 SoPC 关键技术24-28
• 2.2.1 Web 技术24-25
• 2.2.2 TCP/IP 协议25-26
• 2.2.3 动态部分重构实现方法26-27
• 2.2.4 SoPC 技术27-28
• 2.3 多核处理器28-30
• 2.3.1 多核处理器的概念28-29
• 2.3.2 多核处理器分类29
• 2.3.3 多核处理器现状及发展趋势29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 基于 MicroBlaze 核的远程动态可重构 SoPC 设计与实现31-52
• 3.1 基于 MicroBlaze 核的远程动态可重构 SoPC 设计31-40
• 3.1.1 SoPC 中硬件子系统设计31-38
• 3.1.2 SoPC 中软件子系统设计38-40
• 3.2 基于 MicroBlaze 核的远程动态可重构 SoPC 实现40-49
• 3.2.1 硬件子系统实现41-42
• 3.2.2 PlanAhead 工程综合42-44
• 3.2.3 软件子系统配置44-46
• 3.2.4 软件子系统核心功能程序实现46-49
• 3.3 基于 MicroBlaze 核的远程动态可重构 SoPC 验证与测试49-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第四章 基于异构多核的远程动态可重构 SoPC 设计与实现52-78
• 4.1 基于异构多核的远程动态可重构 SoPC 设计52-60
• 4.1.1 异构多核 SoPC 中硬件子系统设计52-55
• 4.1.2 异构多核 SoPC 中软件子系统总体设计55-57
• 4.1.3 远程动态部分重构及多核在线验证设计57-59
• 4.1.4 远程文档浏览设计59-60
• 4.1.5 远程在线配置更新系统设计60
• 4.2 基于异构多核的远程动态可重构 SoPC 实现60-77
• 4.2.1 硬件子系统的实现60-63
• 4.2.2 软件子系统配置及双核控制下的文件布局63-64
• 4.2.3 多核通信测试实现64-67
• 4.2.4 远程动态部分重构及多核在线验证实现67-71
• 4.2.5 远程文档浏览实现71-73
• 4.2.6 远程在线配置更新系统实现73-75
• 4.2.7 系统启动实现75-77
• 4.3 本章小结77-78
• 第五章 远程动态可重构 SoPC 性能评估78-84
• 5.1 系统性能评估78-83
• 5.1.1 系统硬件平台资源利用情况78-80
• 5.1.2 系统传输速率和时延情况80-82
• 5.1.3 性能对比82-83
• 5.2 本章小结83-84
• 第六章 总结与展望84-87
• 6.1 总结84-85
• 6.2 展望85-87
• 参考文献87-92
• 致谢92-93
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 陈芳园;张冬松;王志英;;异构多核处理器体系结构设计研究[J];计算机工程与科学;2011年12期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 冯晓静;面向服务的异构多核片上系统的关键技术研究及实现[D];中国科学技术大学;2013年

本文编号：561163