基于局部可重构计算的在线硬件任务调度算法研究

《基于局部可重构计算的在线硬件任务调度算法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文附表索引表5．1各算法任务调度成功率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯53表5．2各算法的资源利用率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．55硕士学位论文第1章绪论可重构计算(Recon69urableComputing，RC)采用新的计算机系统结构，结合了通用处理器和ASIC两者的优点，兼具硬件的高效性和软件的可编程性【¨。伴随着集成电路容量的不断增大及自动设计技术的迅速发展，可重构计算技术日臻成熟，成为了业界的研究热点。本章将系统地介绍可重构计算技术的相关理论和应用以及发展状况，论述本课题的意义和目的，引申出本文的主要工作。1．1研究背景近

2、些年来，生物、地理、视频压缩、信号处理等领域数据产生量呈指数级增长，人们迫切地要求科学家们研究出一种新的计算技术来满足这种爆炸式的数据增涨需求。计算机技术发展至今，现代通用处理器的体系结构虽然发生了很大变化，但是仍然以传统的冯·诺伊曼结构为基本框架。虽然这种架构适用范围广，但计算效率却相对较低。因而，人们通常通过ASIC器件来提高计算性能和效率。这虽然可以满足系统的性能要求，但AsIC器件只能完成某一个特定的计算任务，使得系统的灵活性降低。伴随着FPGA(Field-ProgrammingGateArray，现场可编程门阵列)为代表的可重构逻辑器件(Reconfigurabl

3、eLogicDevice，RLD)的出现和发展，计算机系统设计领域发生了巨大的变化。RLD填补了软、硬件之间的鸿沟，不仅保持了硬件的高效性，同时还具有接近软件的灵活性【21。随着FPGA容量的与日俱增以及自动设计技术的迅猛发展，基于可重构逻辑器件的可重构计算技术正迅速地成熟起来，业已成为业界的研究热点，并已在航空航天、高性能计算等高端领域取得了丰硕的成果。2003年，澳大利亚科学家采用可重构技术，通过为一颗异常的科学卫星一一FedSat号(2002年12月发射升空)远程更新补丁而使其恢复运行。据悉，这颗卫星中为高性能计算提供有效负载的关键器件正是可重构逻辑器件。这种可重构计算

4、技术的采用使卫星具备高性能的同时，无需返回地面即可改变内部电子线路，从而节省了大量的研发时间与成本。此外，NASA的“勇气’’号、“机遇"号火星车上也使用了大量可重构逻辑器件。2006年2月，超级计算机制造商cray宣布了采用新技术的代号为XDl系统的显著成果。XDl中安装了6片FPGA芯片，最终FPGA将图形芯片的运行速度基予局部可重构计算系统的在线硬件任务调度算法研究提高了l000倍。2006年，AMD在新提出的To盯enza计划中声称，允许OEM厂商或用户在AMD架构的基础上，通过在PCI．E插槽插入HyperTransport加速卡，或将FPGA集成到北桥芯片组，或在

5、CPU插槽安装加速器等多种方式来提升系统的效能。这将在流媒体、FLOPs、XML、游戏、物理等领域产生显著效果。可重构计算技术作为一种新兴的高性能计算技术，能够满足人们对性能永无止境的追求。它不单为超级计算机提供了新的方案、为并行计算开辟了新的途径、为异构多核架构建立了新的模型，同时可将硬件与软件的优良特性充分结合，使硬件自适应计算任务需求的变化，为近年来人类所追求的高效能计算机提供了一个理想模型。进入21世纪以来，业界对可重构计算技术展开了深入广泛的研究。1．2可重构计算技术概述1．2．1可重构计算的基本概念可重构计算的主要目标是希望通过硬件可编程来满足计算任务的需求，使硬

6、件自适应计算任务需求的变化，以达到最佳的计算性能。这种结构可变的特点填补了软／硬件之间的鸿沟，很好地适应了实际应用中的多元化需求。实现可重构计算的硬件基础是可重构逻辑器件(RLD)。可重构逻辑器件的功能块的逻辑功能以及功能块之间的连线，都可以被反复地编程，使硬件电路可以随时根据需要而改变。以往，计算机设计者经常为在速度及通用性两者之间寻找平衡而苦恼。可重构计算将通用处理器与ASlC的优点相结合，既有通用处理器的灵活性，也具备ASIC的高性能，完美的解决了计算机设计者这方面的苦恼。虽然可重构计算技术已经成为目前的一个研究热点，但研究者们所采用的概念和术语却并未统一。文献[3】认

7、为可重构计算(ReconfjgurableComputing)和可重构逻辑(ReconfigurableLogic)是两个不同的概念，可重构逻辑专指FPGA，可重构计算则是指粗粒度的可重构阵列【4】。而文献[5]则把这两者都归于可重构逻辑的范畴。此处将一些基本达成共识的概念和分类简单介绍如下【6，7】：>粒度：指可重构器件中可重构处理单元(ReconfigurableProcessingUnit，RPU)的操作宽度。细粒度RPU中的处理元素是指进行位(bit)级操作的逻辑门、触发器以及查找表等。而在粗粒