异构系统中可重构计算的任务调度算法研究

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可重构计算技术兼具通用处理器和ASIC的优点,不仅具有高性能和高灵活性,还具有低功耗、高可靠性等特点,特别适合作为异构计算系统或平台中的专用计算模块。对于典型的由传统通用处理器与可重构计算单元组成的异构系统来说,如何从操作系统的角度对于两者的资源进行统一的管理是异构系统的关键问题之一。硬件任务在可重构资源上的调度问题,属于异构系统中通用处理器上运行的操作系统负责的调度之一,是异构系统获取高性能的关键因素之一,也是可重构计算领域的研究热点。本文围绕异构系统中可重构计算的任务调度问题进行研究,主要工作如下:首先,通过分析FPGA的硬件结构的主要单元,发现FPGA的路由资源占有较大的芯片面积比,结合异构系统中可重构计算系统的架构,提出带有路由资源考虑的FPGA通信架构模型,该通信架构中包含具有不同的数据传输能力的通信资源。因为通信资源的约束,相依性任务间进行数据交换时存在资源竞争。为了减少这种资源竞争,本文提出一个通信系数指导相依性任务在FPGA上更集中地放置,以减少对通信总线的占用。其次,通过分析学习现有可重构资源管理策略,本文改进了基于硬件任务顶点的资源管理算法,提出一个基于任务顶点划分矩形的资源管理策略,通过状态矩阵维护跟踪可重构资源的实时信息,并根据任务顶点划分最大空闲矩形。然后,在现有硬件任务的放置策略基础上,提出具有通信感知的最大邻接边策略,以邻接边作为代价函数指导任务的放置;并在此基础上,把在线调度过程中任务抽象为第三维,提出针对3D模型的具有通信感知的最大邻接面策略,以邻接面作为代价函数指导任务在三维模型中更紧凑的放置。最后,设计实现一个二维局部动态可重构计算的仿真系统,通过模拟可重构任务调度过程,验证算法思想。并使用最新的局部动态可重构设计方法在Xilinx开发板上实现局部动态可重构。实验结果表明,基于任务顶点划分矩形的资源管理策略和基于邻接的策略相结合,能够更紧凑地放置任务,提高了异构系统中硬件任务的调度成功率和可重构资源的利用率。
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