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经过几十年的发展,现代计算机性能虽然有了很大的提高,但主要是靠半导体工艺技术的提高获得,其体系结构从本质上看并没有太大的变化,CPU仍然以冯·诺伊曼结构为基础,虽然具有通用和适用范围广的特性,但计算效率低。为提高计算速度和计算效率,人们利用ASIC器件来加速,虽然能满足性能要求,但是ASIC器件的灵活性很差,只能针对某一个特定的算法,其适用范围窄。随着可编程逻辑器件技术的快速发展,可编程逻辑器件内的硬件资源越来越丰富,可以实现越来越多的算法,使可重构计算(ReconfigurableComputing)技术逐渐受到人们的重视,因为它结合了ASIC芯片和CPU两者的优点,既具备接近于ASIC芯片的速度和效率,又具备类似于CPU的通用性和可编程特性。可以预见,可重构计算技术的到来将会引来计算机体系结构的巨大变化,进而带动相关产业变化,因此它的研究意义重大,必须尽快去研究和掌握,抢占相关的专利和标准。
可重配置计算最早见于六十年代,是Gerald Estrin教授提出的“固定加可变结构计算机”,但因为受到当时芯片制造水平的限制,这只是一个概念而已。进入90年代,随着VLSI(超大规模集成电路)技术的发展,以“可编程开关”为基础的粗粒度可配置计算结构不断被开发出来,由于它适合算子级的操作因此在演化算法、图像滤波、特征提取、目标识别与跟踪、通讯算法等方面展示出了非凡的性能与潜力。而图像滤波、特征提取、目标识别与跟踪、通讯算法采用演化算法又能更加提高自适应能力和实现优化,因此前景更大。
美国航天领域正面临许多急迫需要解决的问题,都需要利用演化计算来解决。NASA/DOD正在加紧研制空间电子自适应系统,其在深空探测上使用演化硬件。美国航天所遇到的问题同时也是我国航天面临的要解决的难题。因此,我国必须重视演化硬件技术在航天领域的应用研究,加快研究速度,大幅度缩短与国外的差距。
本文以一种适合深空探测的粗粒度可重配置结构芯片为布局对象,以随机化的贪婪算法为基础,设计一种可避错和可修复的布局算法。实验结果表明:在给定的数学约束条件下,合理地设置算法参数,此算法对于该粗粒度可重配置结构芯片的布局优化问题以及在故障出现情况下的避错修复是十分有效的。布局布线算法的好坏对芯片映射的影响是显而易见的,因此,需要设计方法对不同的布局布线算法进行评估,直观的观察算法优劣。
本文设计软件比较了包括提出的算法在内的若干种较为重要的应用于芯片设计的布局布线算法,并对每种算法分别基于平均路径长度、成功率、布局布线时间长度、平均布通率等特性进行了评估评价。通过比较,本文提出的算法在各项参数性能上更为优越。