论文部分内容阅读
在使用通用处理器和专用集成电路实现的传统计算方式不断遇到应用瓶颈时,可重构计算(Reconfiguration Computing)作为新型的空间和时间二维混合构建的计算模式,兼顾系统的灵活性与高性能,能够在传统计算难以满足的高性能和高灵活性的应用场合发挥巨大作用。特别是可重构计算中的动态部分可重构技术能够在系统运行时改变FPGA芯片内部局部区域的硬件逻辑功能,实现硬件资源的时分复用与硬件功能的更新。动态部分可重构片上系统(Dynamic Partial Reconfiguration System on Programmable Chip,DPR-SOPC)在同一芯片上集成软硬件任务,通过实时操作系统控制软件任务与硬件任务的灵活切换调度,结合软硬件任务各自的优势,均衡系统整体运算资源,提升系统整体的性能。本文主要做了以下几方面的工作：(1)本文对可重构计算相关概念和历史进行简单的回顾,以Xilinx公司Virtex系列FPGA为例对FPGA内部基本逻辑结构、编程工艺、配置方式进行相关介绍。(2)对多种可重构技术的设计思想与实现流程进行深入研究比较,采用早期获取动态可重构设计方法作为DPR-SOPC平台的可重构实现方式。深入研究一维可重构与二维可重构之间的区别,分析两者之间的不同。(3)本文提出一种新的基于动态部分可重构技术的软硬件协同调度平台DPR-SOPC,详细阐述DPR-SOPC的整体设计思想与框架。以Xilinx Virtex FPGA为开发平台,描述DPR-SOPC硬件平台的搭建,以及硬件任务调度的设计与实现。(4)实现uC/OS-Ⅱ在PowerPC405上的移植。分析软硬件任务之间的不同属性,依据硬件任务自身特性,设计软硬件任务调度状态转换模型、提出软硬件任务调度的基本原则。引入软硬复合任务平衡系统中处理器负载与可重构区域负载,提高系统整体性能。(5)本文在DPR-SOPC平台上提出一种新的容错自修复策略。该容错自修复策略着重实现对放置在可重构区域中的关键任务的保护。通过动态部分可重构技术重新加载发生错误的可重构区域,纠正发生错误的关键硬件任务。所提出的容错自修复策略采用软硬件协同容错的方式,能够灵活切换多种容错方式,平衡系统可靠性与系统运行性能之间的关系,应对更广泛的应用环境。