实现FPGA回读功能的可重构系统设计

Xilinx Virtex系列FPGA具有配置逻辑可重构、配置数据可回读的特点，该文设计了基于Virtex FPGA的一种可重构系统。FPGA采用SelectMAP配置方式，在CPU和CPLD控制下实现了配置数据加载和回读的功能。给出了系统配置FPGA和回读其配置数据的流程及相应的波形图。 关键词：     

基于FPGA的可重构计算技术研究

本文介绍了可重构计算技术的提出和历程,结合器件发展、重构方式和结构模式分析了基于FPGA的可重构计算技术原理,从设计、配置角度探讨了实现技术,并阐述了在多个领域的应用。根据存在的问题,提出了可重构计算技术的发展研究方向。     

基于模块化设计方法实现FPGA动态部分重构

介绍了Xilinx FPGA的配置原理和FPGA模块化设计流程以及划分重构模块的原则.通过一个实例介绍了采用模块化设计方法实现Virtex-E FPGA动态部分重构的过程,能使重构模块在系统运行时改变其逻辑功能,而固定模块逻辑功能不中断,同时器件的重构时间大大减少.     

基于可重构系统的时域划分技术的研究

可重构计算是一种介于ASIC和通用微处理器之间的新的提升计算机性能的方法,对于数字信号处理、流媒体技术、图像压缩、密码学、生物信息处理等计算密集型方面的应用,可重构计算技术可以发挥巨大的优势。基于具有较少重构时间的实时可编程逻辑器件(如FPGA)的用户可编程性,其可作为多种硬件资源使用。如果其配置信息可以迅速更改,则由逻辑器件实现的硬件功能也可实现迅速切换。硬件资源的大小是有限的,那些超过器件有效硬件资源的较大任务需要通过时域划分来解决。该文对可重构计算以及时域划分的定义、分类,国内外研究现状和常见的研究方法做了详细的描述,并综合分析了一系列时域划分算法并进行了相关比较。     

基于ARM和FPGA的服务机器人运动控制系统研究

介绍了一种基于ARM和FPGA的嵌入式控制系统,该系统既能独立运行又能在计算机辅助下运行,是一种兼具柔性和开放性的系统.利用ARM的强大的数据流转换功能和FPGA的快速配置能力,实现硬件可重构.给出了系统的总体结构、ARM和FPGA之间的通信设计,重点给出了基于Nios Ⅱ的嵌入式可重构底层控制设计,PWM功能模块在FPGA上的实现.设计的系统集成度高、灵活.实验表明系统具有高可靠性,能满足服务机器人外围器件多样性控制的要求.ARM和FPGA不仅可以并行运行处理数据,其之间又可以互相通信,实现了系统的扩展应用.     

动态部分可重构方法在SDRAM控制器中的应用

动态部分可重构方法应用于FPGA系统设计中,充分利用了FPGA芯片提供的可重配置功能,减小了FPGA芯片的配置时间。通过对可重构方法的研究,提出了基于模块化动态可重构方法应用到SDRAM控制器设计中,给出了重构流程,并对实验结果进行了分析。该方法提高了FPGA芯片的利用率,有效地提高了可重配置计算系统的整体性能。     

基于Xilinx SoPC的可重构嵌入式计算系统的研究与设计

由于应用种类、实时性以及处理效率等要求,高性能嵌入式计算硬件平台需要具备相当的计算能力以及一定的适应性。为此提出了一种基于Xilinx FPGA的动态可重构的片上系统设计方案。系统采用专用硬件来执行计算密集型任务,运用动态可重构技术来支持硬件处理模块功能的动态配置。研究了Xilinx可编程片上系统上的3种硬件加速方案:CPU协处理器、PLB扩展加速器和MPMC扩展加速器。实验数据表明MPMC加速器性能最优。在Vir-tex5 FPGA器件上实现了可动态重构的MPMC加速器,以128位AES加密、解密两个功能模块为例,从硬件资源占用率、重构延时等角度考察了可重构系统的特点。     

一种FPGA配置文件压缩算法

基于现场可编程门阵列(FPGA)的可重构系统具有高性能和高灵活性,但随着FPGA规模的不断扩大,配置文件规模相应增加,导致可重构计算时间过长。该文提出一种FPGA配置文件压缩算法VLZW,降低了对片外存储器的容量要求,通过减少每次重构传送的配置数据缩短了系统重构时间。     

基于LPC总线的FPGA高速初始化配置系统设计

介绍了一种FPGA初始化配置的方法。根据FPGA配置的基本原理,基于LPC总线协议,采用CPLD Super-Flash模式。以高速Flash芯片49LF008A作为配置数据的存储器件,对CPLD器件XC95144编程产生实现初始化配置的时序逻辑,并实现LPC总线接口控制功能。设计出的基于LPC总线的配置电路,由于采用从并模式和存储芯片的高速读取,使得FPGA初始化配置速度得到极大提高,配置电路得到简化,同时实现配置系统成本降低的外在需求。     

可重构安全系统建模与配置生成方法研究

以安全重构元为基础,能够提供高灵活性、适应性和可扩展性安全服务的可重构安全计算系统已成为当前安全研究领域的热点问题.目前,关于重构机理的研究主要采取基于功能候选集的静态重构配置生成方法,可重构安全系统作为一种主动安全防御手段,应具有动态自动重构的能力,避免人工介入导致的脆弱性.针对动态自动可重构安全系统的建模以及配置生成过程的描述问题,提出了一种基于直觉主义逻辑扩展的动态自动可重构安全系统逻辑模型SSPE,给出了逻辑模型SSPE上的语法和推理规则,设计了基于SSPE的等级化安全重构元和安全需求建模和表达方法,并给出了基于映射关系的安全重构元描述向逻辑语言的转换规则.最后,以IPSec协议为例,阐述了可重构安全系统重构配置的动态自动推理生成过程.基于直觉主义逻辑的可重构安全系统建模和配置生成方法,为研究可重构安全系统的重构机理提供了新的思路和方法,具有重要的意义.     

PipeRench: a reconfigurable architecture and compiler

With the proliferation of highly specialized embedded computer systems has come a diversification of workloads for computing devices. General-purpose processors are struggling to efficiently meet these applications' disparate needs, and custom hardware is rarely feasible. According to the authors, reconfigurable computing, which combines the flexibility of general-purpose processors with the efficiency of custom hardware, can provide the alternative. PipeRench and its associated compiler comprise the authors' new architecture for reconfigurable computing. Combined with a traditional digital signal processor, microcontroller or general-purpose processor, PipeRench can support a system's various computing needs without requiring custom hardware. The authors describe the PipeRench architecture and how it solves some of the pre-existing problems with FPGA architectures, such as logic granularity, configuration time, forward compatibility, hard constraints and compilation time     

Dynamic partial reconfiguration enchanced with security system for reduced area and low power consumption

Field-programmable gate arrays (FPGAs) have travelled far from just being utilized as glue logic to an entire system solution. This is mostly due to their generalized re-configurable nature, lower non-recurring engineering (NRE) expense, and also fast time to market. Owing to the reconfigurable nature of FPGA, a new field called reconfigurable computing that can change the circuit configuration after hardware production came into existence. Application of re-configurable computing for self-adaptive hardware allows hardware to get adapt to various environmental conditions and different needs by swapping or loading disparate computational modules. This work proposes an effectual design methodology (enhanced DPR security system (EDPRSS)) utilized to execute high performance FPGA device in respect of low power consumption along with security for the area reduction. In the proposed technique, hash code generation (HCG) and encryption hardware accelerators can well be dynamically produced on FPGA utilizing partial re-configuration as stated by the application requisites. The system is competent to swap in or swap out the equivalent hardware accelerator during run time, which in turn diminishes the power and area. Here, 2 re-configurable partitions are produced for encryption and also HCG algorithm. Experiential outcomes proved that the proposed technique proffers better performance when contrasted to the other conventional systems.     

面向可重构系统的eCos拓展

针对可重构系统中任务模型灵活性差、硬件任务重构延时长、FPGA资源利用率低等问题,提出了将应用程序划分为软件任务和混合任务的划分模式,并在eCos的基础上,通过重构控制机制、混合任务管理机制、通信机制三方面的拓展,设计了支持可重构系统的嵌入式操作系统框架eCos4RC。仿真结果表明,eCos4RC实现了对混合任务的有效管理,在兼容eCos多线程机制的同时提高了应用程序执行速度和可重构资源利用率,为可重构计算平台提供了良好的运行环境支持。     

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。     

可重配置系统研究与分析

随着通信和多媒体技术的发展,出现了大量新的应用模型,传统的嵌入式设备一般采用专用硬件芯片或者基于纯粹的软件方案,很难兼顾性能和灵活性两个方面的要求。为此,能够兼顾两者优点的可重配置系统越来越受到工业界和学术界的重视,成为研究的热点。文章对可重配置系统进行了综述,从可重配置系统的硬件和软件结构两个角度出发,介绍了相关的研究工作,并展望了其未来的发展方向。     

动态部分重配置及其FPGA实现

动态部分重配置充分利用了FPGA芯片提供的可重配置功能，提高了FPGA芯片的利用率，减小了FPGA芯片的配置时间，有效地提高了系统的整体性能。该文介绍了动态部分重配置的两种实现方法，并在Spartan-II FPGA上进行了验证。     

Leon3软核的FPGA SelectMap接口配置设计

与通常采用外围的CPLD器件和CPU来产生配置接口控制逻辑的方法不同,本文设计了采用嵌入到FPGA的Leon3开源CPU软核来控制实现Virtex系列FPGA的SelectMap接口配置的方法,可将其应用于对FPGA芯片的在线配置.该方法设计成本低,不局限于某一类型的FPGA芯片,减少了外围分立元件的使用,增强了设计的...     

FPGA动态部分可重构技术概述

可重构计算是一种新的计算结构,它将通用处理器和专用集成电路的优点结合起来,具有灵活、高效的特点。FPGA的动态部分可重构是指在系统运行中对FPGA的部分逻辑资源实现动态的功能变换,从而提高数字系统集成度、增强灵活性、提升容错能力,同时降低成本和功耗。本文主要介绍FPGA动态部分可重构的原理以及实现动态部分可重构的方法,并着重分析4种常用的实现方法;介绍FPGA动态部分可重构技术目前在国内外的最新发展和应用;对FPGA动态部分可重构的未来研究发展方向做简单介绍。      

面向国产CPU的可重构计算系统设计及性能探究

为了提升国产平台的计算性能,采用国产CPU+FPGA的异构架构,设计了基于国产CPU的可重构计算系统。该系统包括基于国产CPU的主机单元和FPGA可重构加速单元,主机单元负责逻辑判断与管理调度等任务,FPGA负责对计算密集型任务进行加速,并采用OpenCL框架模型进行编程,以缩短FPGA的开发周期。为了验证该系统的性能,采用AES加密算法来测试该系统的计算性能,通过对不同长度的明文进行AES加密测试,并与CPU串行处理结果进行对比,得出：相比于单核FT-1500A CPU串行加密方式,采用可重构计算系统并行加密能够获得120多倍的加速比,且此加速比会随着明文长度的增加而成非线性增大。实验结果表明：基于国产CPU的可重构计算系统能够大幅提升国产平台的计算性能。