可重构系统中软硬任务划分方法研究

软硬件任务划分是可重构系统开发过程中的重要设计步骤,其划分结果直接影响到可重构系统的性能。目前的软硬件任务划分技术大多只考虑了对应用程序或算法的划分结果,忽略了FPGA在配置和通信时的开销,从而导致实际应用效果不理想。介绍了一种基于性能评估的软硬件任务划分方法,即通过对FPGA计算开销、配置开销、通信开销的预评估测试,结合改进的模拟退火算法得出可重构系统中的软硬任务划分结果。实验结果表明,该划分方法具有较好的划分效果和算法收敛速度。     

基于FPGA的软硬件统一多任务模型及功能调度技术研究

为了解决工业控制计算机中的基于FPGA的可重构模块的任务调度问题,提出了一种基于FPGA的软硬件统一多任务模型建立及功能调度方法。该方法中包括基于FPGA的软硬件统一多任务模型建立及功能调度方法的设计思路和实现过程。该方法通过对软件和硬件任务特性以及FPGA的在线配置与部分动态重构的研究分析,建立了软硬件任务的统一模型,从而实现了对软硬件任务的统一调度,有效的提升了资源的利用效率。该方法应经投入应用,在应用过程中取得了良好的效果。     

支持过程级动态软硬件划分的RSoC设计与实现

目前,可重构计算平台所支持的动态软硬件划分粒度多处于线程级或指令级,但线程级划分开销太大,而指令级划分又过于复杂,因此很难被用于实际应用之中。本文设计并实现了一种支持过程级动态软硬件划分的可重构片上系统(RSoC),提出了一种过程级硬件透明编程模型,给出了过程级的硬件封装方案;在分析软硬件过程根本区别的基础上,针对硬件过程开发了专门的管理模块,并利用部分动态重构等技术,实现了硬件过程的动态配置。实验表明该系统能够较好的支持过程级的动态软硬件划分,实现了节省资源、简化设计,提高性能等目的。     

可重构混合任务调度算法

隐藏和减少配置时间是可重构任务调度的关键问题。针对同时存在相关联的软、硬件任务的可重构混合任务,提出一种可重构混合任务调度算法。通过预配置策略和优先级算法确定需要预先配置的任务及其预配置顺序,将后继任务的配置过程隐藏在前驱任务的运行时间中,并采用配置重用策略,减少相同任务的配置次数。实验仿真结果表明,同已有的算法相比,该调度算法调度效果明显,减少了可重构任务调度的整体开销。     

可重构混合任务调度算法

隐藏和减少配置时间是可重构任务调度的关键问题。针对同时存在相关联的软、硬件任务的可重构混合任务,提出一种可重构混合任务调度算法。通过预配置策略和优先级算法确定需要预先配置的任务及其预配置顺序,将后继任务的配置过程隐藏在前驱任务的运行时间中,并采用配置重用策略,减少相同任务的配置次数。实验仿真结果表明,同已有的算法相比,该调度算法调度效果明显,减少了可重构任务调度的整体开销。     

基于遗传算法的可重构系统软硬件划分

在考虑动态部分重构及重构延时等特征的基础上,采用遗传算法及其与爬山算法的融合实现可重构系统软硬件任务的划分,并采用动态优先级调度算法进行划分结果的评价。实验表明,在可重构系统的资源约束等条件下,算法能够有效地实现应用任务图到可重构系统的时空映射。     

支持动态可重构硬件透明编程的预配置调度

面向微处理器和可编程器件加速器的混合异构多核体系结构的可重构计算环境,采用程序员熟悉的函数描述格式,在运行时根据软硬件划分的结果,动态实现到软件函数实体代码或者硬件函数实现电路的连接。为降低重配置开销,提高系统性能,统计了各个硬件函数的调用次数和次序,并结合其运行时间和硬件面积等信息,设计了一种预配置算法,尽量使配置和计算能够重叠处理,从而缩短系统的整体运行时间,获得更大性能加速。     

采用配置完成优先策略的可重构任务调度算法

如何隐藏和减少配置时间是相依性可重构任务调度的关键问题.提出一种采用配置完成优先策略的相依性可重构任务调度算法,通过基于预配置优先级的列表调度算法,实现将后续任务的配置时间隐藏于前驱任务的运行时间中,并采用基于配置完成优先策略的配置重用机制,减少了任务调度后的配置过程,从而在总体上缩短了相依性任务集合的运行时间.仿真结果表明,该调度算法能有效避免调度死锁,并可减少相依性可重构任务的整体运行时间.     

一种基于过程级编程模型的可重构片上系统设计方法

可重构片上系统是一种兼具功能灵活性与高运算速度的新型计算平台,是面向未来嵌入式应用市场复杂需求的技术解决方案,但复杂、困难的设计过程必将阻碍它的广泛应用与进一步发展.针对当前可重构片上系统设计过程中编程不透明、可重构资源难以有效利用等问题,结合可编程器件能够根据应用特性动态配置芯片体系结构的特点,提出并实现了一套基于过程级透明编程模型的软硬件协同设计方法.在编程模型框架内,系统设计人员通过调用已根据应用特性进行优化的软硬件协同函数库,即可利用高级语言完成系统功能描述;动态软硬件划分算法在程序运行时对其进行划分,选择、调度需要转换到软件或硬件实现的库函数,并通过动态链接器实时切换函数的运行方式,从而形成一个由功能描述到系统实现的自动化流程.实验及测试结果验证了该方法的可行性和高效性.     

基于混沌PSO的动态可重构系统软硬件划分

软硬件划分是动态可重构系统软硬件协同设计中的关键技术之一,如何兼顾划分效率和划分效果,达到两者的最佳结合是软硬件划分的主要问题.在考虑动态部分重构及重构延时等特征的基础上,提出一种微粒群优化算法与混沌优化算法相结合的混沌微粒群软硬件划分方法.该算法使用基于实数编码的微粒群优化算法执行全局搜索,再根据搜索结果采用混沌优化算法执行局部搜索,具有较强的全局搜索和跳出局部最优的能力.仿真实验表明,该算法比标准微粒群算法和遗传算法具有更好的有效性和快速性,能够有效地实现应用任务图到可重构系统的时空映射.     

Dynamic partitioning of multiprocessor systems

Partitioning of processors on a multiprocessor system involves logically dividing the system into processor partitions. Programs can be executed in the different partitions in parallel. Optimally setting the partition size can significantly improve the throughput of multiprocessor systems. The speedup characteristics of parallel programs can be defined by execution signatures. The execution signature of a parallel program on a multiprocessor system is the rate at which the program executes in the absence of other programs and depends upon the number of allocated processors, the specific architecture, and the specific program implementation. Based on the execution signatures, this paper analyzes simple Markovian models of dynamic partitioning. From the analysis, when there are at most two multiprocessor partitions, the optimal dynamic partition size can be found which maximizes throughput. Compared against other partitioning schemes, the dynamic partitioning scheme is shown to be the best in terms of throughput when thereconfiguration overhead is low. If the reconfiguration overhead is high, dynamic partitioning is to be avoided. An expression for the reconfiguration overhead threshold is derived. A general iterative partitioning technique is presented. It is shown that the technique gives maximum throughput forn partions.     

A partitioning methodology that optimizes the communication cost for reconfigurable computing systems

This paper focuses on the design process for reconfigurable architecture. Our contribution focuses on introducing a new temporal partitioning algorithm. Our algorithm is based on typical mathematic flow to solve the temporal partitioning problem. This algorithm optimizes the transfer of data required between design partitions and the reconfiguration overhead. Results show that our algorithm considerably decreases the communication cost and the latency compared with other well known algorithms.     

A Framework for Run-time Reconfigurable Systems

We present a framework for run-time reconfigurable systems. The framework provides a methodology and a design representation which allow to plug in different design and implementation tools. Front-end tools cover design capture, temporal partitioning and scheduling; back-end tools provide reconfiguration control, communication channel generation, estimation, and the final code composition. This paper elaborates on two of the framework's main issues: First, we discuss the design representation comprising aspects of the problem, the target architecture, and the communication channels. Second, we present a hierarchical approach to reconfiguration control in multi-FPGA systems.     

虚拟试验运行支撑平台中运行管理工具的研究

为解决虚拟试验的试验配置与运行的可控性,设计并实现了虚拟试验运行支撑平台运行管理工具,以实现虚拟试验想定描述文件解析、试验预配置、模型分发和运行时控制;首先,分析虚拟试验运行支撑平台中对运行管理工具的需求;然后,设计了该工具的结构,通过想定描述文件解析,配置文件的分发完成试验预配置;通过模型文件的分发实现了实体的分派;通过运行反馈模块实现了对试验运行的控制;最后,以某武器系统的虚拟试验,对运行管理工具进行了功能测试;测试结果表明,运行管理工具对虚拟试验系统中联邦、邦元、数据进行了有效管理。     

Runtime reconfiguration techniques for efficient general-purposecomputation

By exploiting hardware partitioning and applying runtime reconfiguration techniques, microprocessor efficiency is significantly improved while retaining high clock speed, dense functionality, and conventional development tools     

实时系统资源分配的动态规划算法

本文提出了一个划分具有决定性的，实时性能的二级存储系统的最优算法。此算法在多项式时间内就能找出这一问题的最优解，并支持存储器资源的在线重新配置。     

采用预配置策略的可重构混合任务调度算法

在对可重构硬件资源进行抽象的基础上,采用软硬件混合任务有向无环图来描述应用,提出一种基于列表的混合任务调度算法.该算法通过任务计算就绪顺序及可重构资源状态确定硬件任务的动态预配置优先级,按此优先级进行硬件任务预配置,隐藏硬件任务的配置时间,从而获得硬件任务运算加速.实验结果表明,针对可重构系统中的软硬件混合任务调度,能够有效地降低配置时间对应用执行时间的影响.     

Adaptive inter-layer message routing in 3D networks-on-chip

Existing routing algorithms for 3D deal with regular mesh/torus 3D topologies. Today 3D NoCs are quite irregular, especially those with heterogeneous layers. In this paper, we present a routing algorithm targeting 3D networks-on-chip (NoCs) with incomplete sets of vertical links between adjacent layers. The routing algorithm tolerates multiple link and node failures, in the case of absence of NoC partitioning. In addition, it deals with congestion. The routing algorithm for 3D NoCs preserves the deadlock-free propriety of the chosen 2D routing algorithms. It is also scalable and supports a local reconfiguration that complements the reconfiguration of the 2D routing algorithms in case of failures of nodes or links. The algorithm incurs a small overhead in terms of exchanged messages for reconfiguration and does not introduce significant additional complexity in the routers. Theoretical analysis of the 3D routing algorithm is provided and validated by simulations for different traffic loads and failure rates.