可重构计算的调研

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1、工程技术文件题目:可重构计算的调研摘要：本文综述了当前可重构计算系统的发展概况和关键技术，并阐述了一些想法。归档类签名项相关项相关人日期相关项签名日期接收拟制王峰2004/12/15归档课题组长打字王峰登记号校核位W/ID号MR号审核保管期限长期分类号总工关键词可重构计算当前路径归档路径工程归类可重构计算调研综述中国科学技术大学计算机系信息处理实验室可重构计算的调研4(1)简介4(2)技术5(3)硬件55.4.3.耦合532传统的FPGA63.7.逻辑块的粒度63.8.异类（特异）的阵列63.9.布线资源73.10.—

2、维结构73.11.多片FPGA系统73.12.硬件的总结7(4)软件75.4.4.软硬件划分85.4.4.线路描述95.4.4.线路库95.4.4.线路产生器95.4.4.部分赋值95.4.4.存储分配105.4.4.并行化105.4.4.多FPGA系统软件105.4.4.设计测试105.4.4.软件的总结11(5)运行时可重构115.4.5.可重构模型115.5.单上下文115.5.多上下文125.5.部分重构125.5.流水线可重构1252运行时部分赋值12쀀퀀编辑和配置的调度12쀀퀀快速配置131..配置信息的预

3、取131..配置信息的压缩131.对部分重构系统进行重新布局和完全分段.132.配置信息Cache14쀀퀀RTR存在的问题14쀀퀀运行时可重构的总结14(1)对于可重构系统实现的一些想法14(2)可重构计算相关的一些项目和技术18(3)结论19可重构计算的调研1.简介在常规计算屮，算法的实现有两个基本的方法。第一个方法是使用硬连线逻辑(hard-wiredlogic),包括ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)和rtl—些独立的元件构成的一个板级(board-level)的

4、解决方案，，这些都是用硬件来实现算法的操作。ASIC是针对一个特定计算而设计的，所以它们在执行这些特定的计算时具有很髙的速度，效率和精度。但是硬件线路一旦被制作好后是不能够被改变的，这就意味着当线路的盂求改变时就要去重新设计和重新加工新的芯片，哪怕只是芯片上的部分线路需要修改，也要重新制作整个芯片。这是一个昂贵的过程。板级的线路也有不灵活的缺陷，在应用改变时需要重新设计和重新布局的情况也是频繁发生的。第二个方法是使用软件可编程微处理器，这是一个比较灵活的解决方案。处理器执行一个指令集来进行计算。通过改写软件指令，系统的

5、功能就能够被改变，这时是不需要改变硬件的。但是它的运算速度要比ASIC慢。这吋因为处理器必须从存储器屮读取每条指令，对它进行解码，然后才能够执行这条指令。这个方案使每个独立的操作具有了更高的执行开销。更进一步的，指令集是rtl处理器决定的，处理器指令集中没有的那些操作只能使用那些己有的指令来实现。可重构计算被设计用来填补硕件与软件之I'可的鸿沟，从而在保持实现灵活性比硬件高的同时得到比软件实现更高的性能。可重构器件，包括一个FPGA(现场可编程门阵列)，它具有一个计算单元阵列，具体实现的功能由多个可编程的配置位來确定。

6、这些计算单元，有的就是一些逻辑块，通过一些可编程的布线(routing)互相连接在一起。在这里，定制的数字线路能够被映射为可重构的硬件，它们通过计算这个线路需要使用哪些逻辑块实现哪些逻辑功能，然后进行布线将这些逻辑块互连来形成最后需要的线路。FPGA和可重构计算己经在很多应用中显示出了很好的性能。比如，在数据加密领域，就能够來进行并行和细粒度数据的处理间的平衡。在［ElbirtandPaar2000］上的文章就提到了一个SerpentBlockCipher的实现。另外，一个应用于解密领域的大数因式分解的可重构计算的实现

7、在［KimandMangione-Simth2000］中提出。文章［HauserandWawrzynek1997］中有一个DES加密算法的快速实现。在文［Leungetal.2000］中有一个椭圆曲线加密算法的FPGA实现。其它一些新近的采用可重构硬件的应用也显示出了很好的性能，比如：［RencherandHutchings1997］中的自动目标识别,［WeinhardtandLuk1999］中的串模式匹配,［Dollasetal.199&Sotiriadesetal.2000］屮的GolombRulerDerivat

8、ion,［Huelsbergen2000］屮的动态图的传递闭包，［Zhongetal.1998］中的Booleansatisfiability»［Huangetal.2000］中的数据压缩以及［GrahamandNelson1996］中的环球推销员的遗传算法。为了能够得到性能上的好处，同时又能够支持更广泛的应用，可重构系统经常由一