可重構(gòu)多核片上系統(tǒng)軟硬件功能劃分與協(xié)同技術(shù)研究.pdf

1、集成可重構(gòu)邏輯的多核片上系統(tǒng)包含通用處理器核心和用于布局專用硬件任務模塊或者專用指令集處理器核心的可重構(gòu)邏輯，既可以提供高性能和低功耗的計算能力，又可以進行重新配置以適應新的應用場景，是嵌入式系統(tǒng)未來的主流設計思路之一，具有良好的發(fā)展前景。
　　 新技術(shù)的興起為程序的開發(fā)和應用帶來挑戰(zhàn)。為了能充分發(fā)揮可重構(gòu)多核片上系統(tǒng)的計算能力和優(yōu)勢，需要對任務進行合理的劃分和調(diào)度，區(qū)分出適合在通用處理器核心上執(zhí)行的軟件任務和布局在可重構(gòu)邏輯上

2、的硬件任務，確定任務與計算單元間的動態(tài)映射關(guān)系，還需要為任務之間的交互設計靈活高效的通信機制。在可重構(gòu)多核片上系統(tǒng)的設計與應用中存在著軟硬件任務劃分、任務調(diào)度和任務間通信等關(guān)鍵問題。
　　 本文針對集成可重構(gòu)邏輯的多核片上系統(tǒng)在設計和應用中存在的關(guān)鍵問題開展研究，主要研究工作和創(chuàng)新特色如下：
　　 (1)分析了可重構(gòu)多核片上系統(tǒng)在程序設計階段存在的軟硬件任務劃分和調(diào)度問題，并給出了該問題的解決方案。在程序設計階段需要通過

3、軟硬件協(xié)同綜合過程獲得程序的運行方案。在綜合過程中需要對任務進行劃分，并且確定每個任務的執(zhí)行時機。傳統(tǒng)的綜合過程中，軟硬件任務劃分與任務調(diào)度分開進行，這割裂了任務間的依賴關(guān)系和計算資源間的并發(fā)關(guān)系，難以保證整個任務集合的執(zhí)行效率。本文結(jié)合了傳統(tǒng)的軟硬件任務劃分與任務調(diào)度技術(shù)，提出了一個高效的靜態(tài)軟硬件任務劃分與調(diào)度算法，能夠以相當于傳統(tǒng)軟硬件任務調(diào)度算法的開銷同時獲得有效的任務劃分與任務調(diào)度方案，保證了任務集合的運行效率。
　　

4、 (2)分析了可重構(gòu)多核片上系統(tǒng)在程序運行階段存在的動態(tài)程序序列調(diào)度問題，并給出了該問題的解決方案。在程序運行階段，可重構(gòu)多核片上系統(tǒng)需要執(zhí)行一系列應用程序，每個應用程序已經(jīng)預先進行了軟硬件任務劃分，可以利用硬件任務加速執(zhí)行。由于硬件資源始終有限，需要在運行時動態(tài)地決定每個應用程序的運行方案，合理的分派硬件資源在各個應用程序中的使用，使應用程序序列的執(zhí)行時間最短。本文針對此問題，提出了一個有效的動態(tài)程序序列調(diào)度算法，能夠以較低的開銷在運

5、行時依據(jù)應用程序序列的歷史信息做出決策，為每個到達的應用程序設定合理的運行方案，確定其在何時何處分配硬件資源并執(zhí)行，使得硬件資源在應用程序間合理配置，從而加速整個應用程序序列的執(zhí)行。實驗表明了該調(diào)度算法的有效性。
　　 (3)分析了軟硬件任務間通信的需求并且給出了相應的解決方案。可重構(gòu)多核片上系統(tǒng)的程序由很多個任務協(xié)同組成。任務間通信機制是保證系統(tǒng)正常運行的基礎(chǔ)，是系統(tǒng)設計中不可忽視的問題。本文結(jié)合目前軟硬件設計的實際，采用面向