異構(gòu)多核可重構(gòu)片上系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、片上多核系統(tǒng)（Multi processor System-on-Chip，MPSoC），將通用處理器、DSP、ASIP以及IP核等異構(gòu)計算單元集成到單芯片中，以更好地滿足不同類型任務(wù)的需求。然而隨著嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域不斷向多樣性的方向發(fā)展，需要針對不同的應(yīng)用特征定制硬件計算平臺?；诳芍貥?gòu)技術(shù)的片上多核處理器是一種將可重構(gòu)技術(shù)與MPSoC相結(jié)合的解決方案，可以利用可重構(gòu)邏輯器件的硬件可編程性，針對不同的應(yīng)用特征優(yōu)化系統(tǒng)性能，從而能夠在充分

2、利用片上多核計算資源的前提下更有效地滿足嵌入式領(lǐng)域的不同應(yīng)用要求。
　　 然而，硬件系統(tǒng)的功能可重構(gòu)需要計算機硬件結(jié)構(gòu)在設(shè)計完成后根據(jù)應(yīng)用程序特點進行動態(tài)更改，這與傳統(tǒng)的片上多核系統(tǒng)有較大區(qū)別。其動態(tài)變化的特征無疑給片上多核系統(tǒng)的設(shè)計帶來了新的挑戰(zhàn)，需要進一步研究可重構(gòu)片上多核系統(tǒng)的設(shè)計框架，以及新的特征所帶來的一系列新的問題，包括軟硬件功能的動態(tài)劃分和任務(wù)調(diào)度、互聯(lián)模型和通信機制、以及編程模式等，以便充分挖掘系統(tǒng)的處理性能。<

3、br>　　 本文針對上述問題，開展了有關(guān)異構(gòu)多核可重構(gòu)片上系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究。論文的主要工作和創(chuàng)新之處包括：
　　 一、搭建了異構(gòu)多核可重構(gòu)片上系統(tǒng)的研究環(huán)境。主要包括：
　　 （1）設(shè)計與實現(xiàn)了基于ADL描述語言的片上多核系統(tǒng)（MPSOC）仿真器，用于MPSOC體系結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的評估。
　　 （2）基于XilinXFPGA開發(fā)板，構(gòu)建了基礎(chǔ)研究平臺。該平臺可集成多種類型的通用處理器，以及硬件IP核，具有異構(gòu)、

4、多核、可重構(gòu)的基本特征?？捎糜谲浻布δ軇澐?、任務(wù)調(diào)度、計算資源互聯(lián)等技術(shù)有效性的驗證。
　　 二、研究了異構(gòu)多核可重構(gòu)片上系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)問題。通過引入面向服務(wù)的理念和服務(wù)體-執(zhí)行流的概念，提出了一種面向服務(wù)的異構(gòu)多核可重構(gòu)片上系統(tǒng)層次化模型。該模型將系統(tǒng)中的計算資源抽象為若干種服務(wù)體，包括核心調(diào)度服務(wù)體、用戶服務(wù)體、軟硬件計算服務(wù)體。核心調(diào)度服務(wù)體負責(zé)軟硬件功能的動態(tài)劃分與任務(wù)調(diào)度，用戶服務(wù)體負責(zé)為應(yīng)用程序提供編程接口，軟硬件

5、計算服務(wù)體提供計算服務(wù)。面向服務(wù)概念的引入使得系統(tǒng)具有良好的可擴展性，并可向用戶提供一致的編程接口，有利于解決異構(gòu)多核系統(tǒng)的“編程墻”問題，提高了系統(tǒng)的適用性。
　　 三、研究了軟硬件功能動態(tài)調(diào)整和任務(wù)調(diào)度問題。主要包括：
　　 （1）首先應(yīng)用動態(tài)剖析技術(shù)獲得程序運行的熱點代碼，進而提出了一種將軟硬件功能動態(tài)劃分與任務(wù)調(diào)度相結(jié)合的性能評估方法，以指導(dǎo)軟硬件功能動態(tài)調(diào)整重構(gòu)，從而可以針對系統(tǒng)不同層次的性能需求給出不同的硬件

6、平臺重構(gòu)方案和任務(wù)劃分方案。
　　 （2）提出了一種片上異構(gòu)多核系統(tǒng)中的任務(wù)流動態(tài)調(diào)度算法MP-Tomasulo。該算法借鑒單核的指令級指令級動態(tài)調(diào)度技術(shù)，實現(xiàn)了多核環(huán)境下的任務(wù)級并行，有效提高了系統(tǒng)的性能。
　　 四、研究了片上計算資源互聯(lián)模型和通信機制。主要包括：
　　 （1）設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于點對點總線的星型互聯(lián)架構(gòu)和任務(wù)通信模型。該互聯(lián)架構(gòu)以較低的硬件開銷獲得了較高的通信效率，可以實現(xiàn)計算資源互聯(lián)的快速