[發明專利]一種基于FPGA的自適應星載計算機及應用所述計算機實現內部資源動態分配的方法

無效

• 申請號: 201010300473.5
• 申請日: 2010-01-20
• 公開（公告）號: CN101788927A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 孫兆偉;劉源;蘭盛昌;趙丹;楊正賢;徐國棟;張世杰;曹星惠;葉東;董曉光
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50;G06F11/07
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種基于FPGA的星載計算機及應用所述計算機實現內部資源動態分配的 方法，屬于航天航空數據處理技術領域。

背景技術

現代小衛星的集成度越來越高，這要求其星載計算機能夠在并行多任務的環境下，具 有強大的計算和數據處理能力。普通星載計算機完全依賴處理器進行計算，效率低且無法 滿足小衛星技術發展的需求。而可重構星載計算機利用處理器和專用電路共同進行計算， 具有很強的計算能力，但是對可重構FPGA資源缺乏有效的管理，因此，在星上硬件資源 非常有限的條件下，傳統意義上的可重構星載計算機無法很好地適用于多進程、多任務的 工作環境，此外，傳統的可重構星載計算機通過上傳FPGA硬件配置文件來進行硬件升級， 但是由于FPGA的硬件配置文件較大，會占用大量寶貴的星地通信時間。

發明內容

本發明的目的是解決傳統可重構星載計算機無法對內部資源進行動態分配的問題，提 供了一種基于FPGA的自適應星載計算機實現內部資源動態分配的方法。

本發明是通過下述方案予以實現的：一種基于FPGA的自適應星載計算機，它包括SRAM 型FPGA、PROM型FPGA配置芯片和Flash存儲器，SRAM型FPGA的內部資源包括主控單元 和重構單元陣列兩部分，其中主控單元包括一個處理器和FPGA片內配置端口，重構單元 陣列由n個大小完全相等的重構單元組成，PROM型FPGA配置芯片的配置輸出端口與SRAM 型FPGA的片外配置輸入端口相連，Flash存儲器的控制輸入輸出端口與處理器的外部存 儲器控制輸入輸出端口相連，其中，n為大于0的整數，

所述的基于FPGA的自適應星載計算機實現內部資源動態分配的方法，SRAM型FPGA 支持部分重構技術，

內部資源動態分配的過程為：

步驟一、處理器將SRAM型FPGA內部的n個重構單元都設置成空閑狀態；

步驟二、當星載計算機啟動一個線程時，處理器根據所述線程需要的硬件電路，將處 于空閑狀態的重構單元構造成相應的硬件電路，并將該重構單元置為占用狀態；當所述硬 件電路不能夠被一個重構單元所容納時，則選擇物理地址相鄰的兩個或多個處于空閑狀態 的重構單元作為一個整體，并將所述整體構造成相應的硬件電路，處理器將涉及到的重構 單元置為占用狀態；

步驟三、當所述線程結束或者終止時，處理器將構造有所述硬件電路的重構單元的內 容清除，使其恢復到空閑狀態。

本發明由于采用部分重構技術，使基于FPGA的可重構計算機能夠對內部資源進行動 態分配，并能針對不同的星上任務完全自主地調整自身硬件電路結構，從而最大程度的發 揮可重構計算機的潛能。本發明簡化設計流程，極大的增加設計的靈活性，減少星載電子 系統的硬件開銷，提高對星上FPGA資源的利用效率，能夠提高計算機在處理并行多任務 時的性能。

附圖說明

圖1是一種基于FPGA的自適應星載計算機的結構示意圖；圖2是具體實施方式五的 流程圖。

具體實施方式

具體實施方式一：下面結合圖1具體說明本實施方式。一種基于FPGA的自適應星載 計算機包括SRAM型FPGA1、PROM型FPGA配置芯片5和Flash存儲器2，SRAM型FPGA1 的內部資源包括主控單元1-1和重構單元陣列1-2兩部分，其中主控單元1-1包括一個處 理器1-1-1和FPGA片內配置端口1-1-2，重構單元陣列1-2由n個大小完全相等的重構 單元1-2-1組成，PROM型FPGA配置芯片5的配置輸出端口與SRAM型FPGA1的片外配置 輸入端口相連，Flash存儲器2的控制輸入輸出端口與處理器1-1-1的外部存儲器控制輸 入輸出端口相連，其中，n為大于0的整數。

當SRAM型FPGA1的重構端口被觸發或者SRAM型FPGA1上電復位時，FPGA配置芯片5 對SRAM型FPGA1進行配置，在FPGA配置芯片5中僅包含主控單元1-1的配置信息，因此 在配置結束后重構單元1-2-1不具備任何功能。

具體實施方式二：下面結合圖1具體說明本實施方式。本實施方式與具體實施方式一 所述的一種基于FPGA的自適應星載計算機的區別在于，所述Flash存儲器2用于存儲用 戶應用程序執行代碼和功能電路的配置文件，每種功能電路的配置文件可調用任一重構單 元1-2-1構建硬件電路。