[發明專利]一種基于SELECTMAP的可配置且高速的FPGA配置電路及實現方法

在審

• 申請號: 201811314746.4
• 申請日: 2018-11-06
• 公開（公告）號: CN109710562A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 王憶文;趙晨峰;鄧強;許云龍;李航標
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06F15/78
• 分類號: G06F15/78
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于SELECTMAP的可配置且高速的FPGA配置電路及實現方法。該配置電路包括高速AMBA AHB接口模塊，用以采樣AHB總線上的信號，并返回相應的控制信號和數據信號；寄存器配置模塊，該模塊包含多個配置和狀態寄存器，用以配置主控制器的各項功能以及寄存相應狀態的數值，使得本電路可以適用于各種不同的應用場景；緩存模塊，用于緩存從AHB系統中輸入的配置數據，使得SELECTMAP接口和AHB系統可以進行異步操作，提高了配置電路的靈活性和穩定性；主控制模塊，用以產生滿足SELECTMAP時序要求，同時讀取緩存模塊中的數據并進行移位輸出，并根據相應的數據信號生成CCLK信號，實現配置數據的非連續傳輸，節省芯片引腳并增加配置電路的可靠性。

技術領域

本發明屬于計算機工程領域，與SoC密切相關。具體涉及一種FPGA配置電路及實現方法。

背景技術

隨著大數據的發展，計算能力的提升，人工智能近兩年迎來了新一輪的爆發。2016年谷歌AlphaGo贏得了圍棋大戰后，人工智能在產業界和資本圈引起了高度關注，成為新的風口。

在人工智能時代，人們對計算能力的需求有指數級的提高，計算能力的要求超過了摩爾定律。隨著互聯網用戶的快速增長，數據體量的急劇膨脹，數據中心對計算的需求也在迅猛上漲。諸如深度學習在線預測、直播中的視頻轉碼、圖片壓縮解壓縮以及HTTPS加密等各類應用對計算的需求已遠遠超出了傳統CPU處理器的能力所及。除此之外，未來在激光雷達、無人機、無人駕駛、智能機器人等終端設備方面對計算能力也會有極大的提升。

另一方面，摩爾定律正在失效，傳統CPU架構下計算能力的提升開始滯后于摩爾定律。近幾年半導體技術改進達到了物理極限，電路越來越復雜，每一個設計的開發成本高達數百萬美元，數十億美元才能形成新產品投產能力。

因此，計算能力的需求供給出現了一個巨大的缺口。一方面處理器性能再無法按照摩爾定律進行增長，另一方面數據增長對計算性能要求超過了按“摩爾定律”增長的速度。處理器本身無法滿足高性能計算應用軟件的性能需求。

目前，為了彌補計算能力的缺口，許多公司正在積極開發能夠實現人工智能的高效硬件平臺。在這個背景下CPU+FPGA架構應運而生。這種異構架構融合了CPU和FPGA各自的優點，以CPU為核心的SoC為FPGA提供高性能的硬核資源,特別是CPU處理能力。而FPGA作為并行架構的處理器非常適合大規模數據的處理，極大地提升了硬件平臺的計算能力。同時FPGA的可編程性也為CPU提供擴展空間和可重構資源，使其擁有更高的單位功耗性能、更低時延和更快加速性能，因此在包括智能視覺分析、大數據以及云計算等領域得到了大規模應用。

在CPU+FPGA架構中，一般通過CPU以及相應的配置電路來對一塊或多塊FPGA進行配置。然而伴隨著FPGA內實現的算法的復雜度日益增加，FPGA的配置時間也越來越長。目前云計算平臺中的FPGA配置甚至需要多個小時才能完成。因此CPU+FPGA中的FPGA配置時間問題日益嚴重地制約著人工智能、大數據和云計算等新型領域的發展。

發明內容

針對技術背景中提到的FPGA配置時間過長這一問題，設計了一種可配置的，并且能夠顯著提高FPGA配置速度的配置電路，該配置電路具有高性能，高可靠性等特點，并且其功能已經在原型驗證平臺和后仿真平臺上通過了驗證。

本發明的另一個目的在于提供基于SELECTMAP的可配置且高速的FPGA配置電路的實現方法。

本發明的技術方案如下：

一種基于SELECTMAP的可配置且高速的FPGA配置電路，由以下模塊實現：

(1)、高速AMBAAHB接口模塊，該模塊用以采樣AHB總線上的控制、地址和數據信號，并返回相應的控制信號和數據信號。