[發明專利]用于實現可重構系統配置信息存儲的緩存結構和管理方法

有效

• 申請號: 201210538673.3
• 申請日: 2012-12-13
• 公開（公告）號: CN103034617A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 曹鵬;劉波;齊志;楊錦江;楊軍;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F15/76
• 分類號: G06F15/76
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 夏雪

技術領域

本發明屬于嵌入式可重構設計領域，具體地，涉及一種用于實現可重構系統配置信息存儲的緩存結構和可重構系統中配置信息緩存管理的方法。

背景技術

隨著FPGA可重構技術的出現，大大改變了傳統的嵌入式設計的方法，可重構計算作為一種新型時空域的計算模式，在嵌入式和高性能的計算領域具有廣泛的應用前景，已經成為當前嵌入式系統發展的趨勢。局部動態可重構技術的發展，代表了一種新的可重構設計思想，大多由可重構硬件和管理硬件功能重構的可重構配置控制單元構成。可重構配置控制單元，通過更新可重構硬件上的配置信息，將算法應用中所包含的各個子任務，映射到可重構硬件中的各個計算單元上。可重構硬件可以采用FPGA的細粒度邏輯單元，也可以是特定功能的粗粒度模塊，使得硬件功能的執行更加靈活，軟硬件之間的鴻溝越發的不明顯，硬件任務可以根據需求像軟件任務一樣靈活的調用和配置。

近年來，可重構計算已經廣泛地應用于各類工程應用領域中，主要包括：視頻圖像處理、數字信號處理、無線通信、數據加密等。隨著各類軟件應用的要求越來越高，相應的，對可重構系統的性能要求也越來越高。例如，視頻解碼的需求指標已達到1080p甚至以上，而采用1080p標準需要處理的碼流量，是采用D1標準的碼流量的5倍。因此相應的，與處理D1標準的解碼應用相比，在處理1080p標準時，可重構系統的工作性能需要提高到前者的5倍。可重構系統的工作性能由可重構硬件的計算性能和重構性能共同決定，計算性能反映各個子任務在可重構硬件上的執行效率，重構性能反映在可重構硬件上實現各個子任務功能切換的重構效率。提高重構性能的需求主要來自以下兩個方面：一方面，為了提高可重構系統的計算性能，可重構系統中所包含的計算單元的規模不斷擴大，因此可重構系統中需要被重構的計算單元的數目也越來越多。重構過程所需的配置信息數據量進一步增大，動態重構的時間也隨之增加。另一方面，為了最大化地利用可重構系統中的硬件計算資源，各個計算單元的功能需要頻繁地被重構，以在盡可能短的完成不同任務的映射，因此需要盡可能地減少動態重構的時間。可重構硬件計算性能的提高，可以通過增加更多的計算單元、提高任務的計算并行度來實現。優化可重構系統重構性能的關鍵是提高可重構系統中配置信息的存取效率。但局部動態可重構系統如何利用算法應用的特點來提高可重構系統中配置信息的存取效率已經成為了制約可重構技術發展的一個因素。

在可重構系統的設計中，通常會將配置信息暫存在片上的各個配置信息緩存中，以優化配置信息的存取過程，因此配置信息緩存的管理方法決定了動態重構的效率。傳統的可重構系統中配置信息存儲的緩存結構為集中式，即所有的可重構陣列共享一塊很大的配置信息緩存，或者分布式，即每個可重構陣列緊耦合一塊很小的配置信息緩存。對于集中式的配置信息緩存結構，共享的配置信息緩存會因為被多個可重構陣列訪問而產生頻繁的訪問沖突，從而造成配置信息存取的效率下降。對于分布式的配置信息緩存結構，若干個配置信息緩存會因為保存相同的配置信息而造成配置信息緩存的利用率降低。并且傳統的可重構系統配置信息緩存的管理方式不能通過利用算法的特點有效地使用配置信息緩存、提高配置信息的存取效率，從而限制了可重構系統重構性能以及工作性能的提升。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術存在的問題和不足，本發明的目的是提供一種用于實現可重構系統配置信息存儲的緩存結構和管理方法，以實現提高復雜的可重構系統動態重構效率的優點。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用的第一種技術方案為一種用于實現可重構系統配置信息存儲的緩存結構，包括層次化的配置信息緩存單元、片外存儲接口模塊和配置管理單元；

所述層次化的配置信息緩存單元：用于緩存一段時間內可能被某個或某幾個可重構陣列使用的配置信息；

所述片外存儲接口模塊：用于實現所述層次化的配置信息緩存單元與外部存儲器建立通信；

所述配置管理單元：用于管理可重構陣列的重構過程，包括將算法應用中的各個子任務映射到某個可重構陣列上，以及設置層次化配置信息緩存單元的優先級策略；當某個新的子任務被映射到可重構陣列上時，這個可重構陣列會根據所映射的子任務，加載相應的配置信息以完成可重構陣列的功能重構。

優選的，所述層次化的配置信息緩存單元包括L1配置信息緩存、L2配置信息緩存以及L3配置信息緩存；

所述L1配置信息緩存：與單個可重構陣列緊耦合，用于緩存一段時間內僅被某個可重構陣列使用的配置信息；