可重构系统资源管理算法的研究

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1、2可重构系统资源管理算法的研究效搜索宽度，保证了每次搜索到的空闲矩形均为最大空闲矩形，避免了冗余计算的问题；(2)．证明了推论：如果一个最大关键元素被同列的其他最大关键元素搜索的最大空闲矩形扫描过，那么就不必再搜索同～宽度的最大空闲矩形。将此推论应用到改进的算法中，避免了重复计算的问题。1．2可重构系统资源管理的背景及研究现状1．2．1可重构系统资源管理的背景FPGA是PLD(ProgrammableLogicDevice)与ASIC两种技术相结合的成果。PLD源于PROM(ProgrammableReadOnlyMemory)，在PROM

2、中附加了一个多功能的PAL(ProgrammableArrayI．oe,ic)，使得PROM有更多的输入并内含嵌入式寄存器，当这类器件的功能不断增长，就演变而成现在的FGPA。它可以依靠内部的逻辑单元以及它们的连接构成任何复杂的逻辑电路，目前已经成为设计数字电路或系统的首选器件之一I引。‘FPGA的编程方式有两种：一种是基于逆熔丝技术的FPGA，另一种是基于SRAM的FPGA。基于逆熔丝技术的FPG氏用逆熔丝作开关元件，当在逆熔丝两端加上编程电压时，逆熔丝就会由高阻抗变为低阻抗，从而实现两个点间的连接。这类器件具有非易失性，编程完成后，即使

3、撤除工作电压，FPGA的配置数据仍然保留，无需重组。由于它只能编程一次，因此比较适合于定型产品及大批量应用。基于SRAM的FP蝴过阵列中的SRAM单元对FP础行编程。系统上电时，这些信息码由外部电路写入到FPGA内部的RAM中，电源切断后，RAM中的数据将丢失。因此基于SRAM的FPGA是易失性的，每次重新加电FPGA都要重组，这就使得“可重构”成为可能【lol。二十世纪80年代Xilinx公司推出了第一片基于SRAM的现场可编程逻辑门阵列标志着现代可重构计算技术的开端。通过近20年的发展，以FPGA为代表的数字系统现场集成技术取得了惊人的

4、发展：FPGA从最初的120个可编程逻辑门，发展到90年代的25万个可编程逻辑门，目前Altera公司、Xilinx公司推出了采用90纳米工艺的上千万门级的单片FPGA芯片，并在芯片内部集成了微处理器硬核，从而将基于FPGA的可重构计算技术提高到一个新的水平【11】。可重构计算，简单的说就是利用现场可编程门阵列FPGA来实现特殊功能的计算任务【12l。自计算机发明以来，计算任务的实现只有两种方法：一是通用微处理器法，通过选择处理器指令集中的指令，依据某种算法构成一个指令序列，即为用来完成特定计算任务的软件；二是ASIC方法，即使用专用特定的

5、集成电路，完全第一章绪论3通过硬件来实现。通用微处理器法的优点就是通用性、灵活性好，可编程，一个计算任务的实现只要写程序就可以完成，不用对硬件作改动；但是这种计算方法稳定性差、计算速度慢，效率低下。而用ASIC器件的方式计算的话，具有非常好的稳定性，可以大幅提高计算速度和计算效率，但是ASIC器件的灵活性差，只能针对某一个特定的算法，一旦算法发生改变就必须重新订制器件，设计周期长、成本高昂113】【141。基于FPGA的可重构计算介于这二者之间，它既具有ASIC高性能、高速度和高可靠性，又具有微处理器的高度“柔性’’和强大的编程功能。可重构

6、计算恰好补充了两者之间的缺陷，既具有ASIC方法的性能，又具有微处理器方法的可编程性1151o重构可分为静态重构和动态重构两种，前者是指断开先前的电路功能后重新下载存贮器中不同的目标数据来改变目标系统逻辑功能，后者则在改变电路的功能同时仍然保证电路的动态继续。常规基于SRAM的FPGA都可实现静态重构，随着其产品和技术的相对成熟，动态重构FPGA的设计理论和设计方法已经逐渐成为新的研究热点1161。动态重构技术目前主要是指对于特定的基于SRAM结构的FPGA，在一定的控制逻辑的驱动下，对芯片的全部或部分逻辑资源实现在系统的高速的功能变换和时

7、分复用，动态重构又可以分为全局重构和局部重构旧。全局重构：对FPGA器件进行全部的重新配置，在配置过程中，计算的中间结果必须取出存放在额外的存储区，直到新的配置功能全部下载完为止，重构前后电路相互独立，没有关联。通常，可以给FPGA串连一个EPROM(ErasableProgrammableReadOnlyMemory)来存储配置数据，实现前后功能的转化。局部重构：对重构器件或系统的一部分进行重新配置，而在此过程中，其余部分的工作状态不受影响。这种重构方式减小了重构范围和单元数目，从而可以大大缩短重构时间，占有相当的优势【171。可重构系统

8、是由基本的处理器核结合可重构计算，单元构成的新型处理器，一般是基于FPGA技术设计和实现的。可重构计算单元能够针对具体应用提供专门硬件加速，同时又具有体系结构可编程改变的优点。随