（計(jì)算機(jī)軟件與理論專業(yè)論文）基于xilinx+virtexⅡ+pro的過程級動態(tài)部分可重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

碩士學(xué)位論文 摘要 可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)結(jié)合了通用處理器 g e n e r a l p u r p o s ep r o c e s s o r g p p 和專用集 成電路 a p p l i c a t i o ns p e c m ci n t e g r a t e dc i r c u i t s a s i c 兩者的優(yōu)點(diǎn) 能夠提供 硬件的高效性和軟件的可編程性 是當(dāng)前熱門的研究課題之一 動態(tài)部分可重構(gòu) 技術(shù)是可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)的最新進(jìn)展之一 該技術(shù)能夠在可重構(gòu)系統(tǒng)正常工作的情 況下 配置其中部分可重構(gòu)資源 使得一部分任務(wù)的執(zhí)行能夠與另一部分任務(wù)的 配置同時進(jìn)行 具有節(jié)約硬件資源和增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性的優(yōu)點(diǎn) 支持部分可重構(gòu)的可編程邏輯器件是實(shí)現(xiàn)動態(tài)部分可重構(gòu)技術(shù)的保證 目前 采用最廣泛的是基于s r a m 實(shí)現(xiàn)的f p g a f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y 具 有反復(fù)多次編程的優(yōu)點(diǎn) 通過給f p g a 加載不同的配置數(shù)據(jù) 就可以執(zhí)行不同的 硬件功能 其代表作是x i l i n x 公司v i r t e x i ip r o 系列f p g a 雖然x i l i n x 公司對于v i r t e x i ip r o 系列f p g a 的動態(tài)部分重構(gòu)技術(shù)提供了相 當(dāng)豐富的文檔 但是動態(tài)部分重構(gòu)技術(shù)比較新 還缺乏公認(rèn)成熟可靠的設(shè)計(jì)流程 在一定程度上制約了動態(tài)部分可重構(gòu)系統(tǒng)的開發(fā) 本文選擇在x i l i n xv i i r t e x i ip r o x c 2 v p 3 0 平臺上利用動態(tài)部分重構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)一個過程級動態(tài)部分可重構(gòu)系統(tǒng) 對 如何利用內(nèi)部配置訪問通道 i n t e r n a lc o n l f i g u r a t i o n a c c e s sp o r t i c a p 對 o p b o n c h i pp e r i p h e r a lb u s 總線上的加密i p i n t e l l e c t u a lp r o p e r t y 模塊進(jìn)行動態(tài) 重構(gòu)作了詳細(xì)的介紹 主要完成的研究工作包括 1 建立了一個可靠的 模塊化的動態(tài)部分重構(gòu)設(shè)計(jì)流程 包括建立初始硬 件平臺 靜態(tài)與重構(gòu)模塊的劃分與設(shè)計(jì) 模塊生成與系統(tǒng)組裝等步驟 2 利用基于s l i c e 的總線宏解決了靜態(tài)模塊與重構(gòu)模塊通信的關(guān)鍵問題 針 對傳統(tǒng)的基于t b u f 的總線宏在通信效率和信號控制方面存在的缺陷 本文根據(jù) 系統(tǒng)重構(gòu)的需要實(shí)現(xiàn)了基于s l i c e 的總線宏 實(shí)驗(yàn)表明 基于s l i c e 的總線宏能更 加有效的控制重構(gòu)操作的執(zhí)行 3 按照本文提出的模塊化設(shè)計(jì)思路完成了一個動態(tài)部分可重構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn) 利用x c 2 v p 3 0f p g a 的動態(tài)部分重構(gòu)特性實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行時重構(gòu) 實(shí)驗(yàn) 表明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了硬件資源的分時復(fù)用 提高了系統(tǒng)資源利用率 關(guān)鍵詞 動態(tài)部分重構(gòu) 可編程邏輯器件 v i r t e x i ip r 0x c 2 v p 3 0f p g a o p b 總線 d 模塊 基于s l i c e 的總線宏 模塊化設(shè)計(jì) i i a b s t r a c t r e c o n f i g u r a b l ec o m p u t i n gt e c h n o l o g yc o m b i n e st h ea d v a n t a g e so fg p p g e n e r a l p u r p o s ep r o c e s s o r 鋤d a s i c a p p l i c a t i o ns p e c i f i ci n t e 剛e dc i r c 疵s p r o v i d i n gt h eh 盯d w 盯ee m c i e n c ya n ds o f t w a r ep r o g 豫m m a b i l i t yi no n ep l a t f o r m i ti s o n eo ft h eh o t t o p i c so fc u r r e n tc o m p u t e rr e s e a r c h a st h em o s tr e c e n td e v e l o p m e n to f r e c o n f i g u r 2 l b l ec o m p u t i n gt e c h n o l o g y d y n a m i cp a r t i a lr e c o n 6 9 u r a t i o n c a n r e c o n f i g u r eap a no ft h er e c o n f i g u r a b l el o g i cd e v i c ew h i l eo t h e rp a n so ft h es y s t e m c o n t i n u et o o p e r a t e e n a b l i n g t h e p a r a l l e l e x e c u t i o no f r u n n i n gt a s k s a n d r e c o n f i g u r a t i o n s i tc a ne f f i c i e n t l yu t i l i z et h er e c o n n g u r a b l er e s o u r c ea n di m p r o v e f l e x i b i l i t y0 ft h er e c o n f i g u r a b l ec o m p u t i n gs y s t e m p r o g r a m m a b l el o g i cd e v i c e sw i t hp a n i a lr e c o n f i g u r a b l ef e a t u r ea r et h eg u a r a n t e e t ot h ed y n a m i cp a r t i a lr e c o n f i g u r a t i o nt e c h n o l o g y c u r r e n t l y t h em o s tw i d e l yu s e d d e v i c ei st h es r a m b a s e df p g a f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t e a r r a y c a p a b l eo f r e p e a t e d l yr e p r o g r 鋤m i n g b yl o a d i n gd i f f e r e n tc o n f i g u r a t i o nd a t at of p a d i f f e r e n t h a r d w a r ef u n c t i o n a l i t i e sc 觚b ee x e c u t e d x i l i n xv i r t e x i ip r os e r i e sf p g ai so n eo f t h ek e yp r o g r a m m a b l ed e v i c e ss u p p o n i n gd e n a m i cp a r r t i a lr e c o n f i g u r a t i o n x i l i n xi n c h a sp r o v i d e dar i c hs e to fd o c u m e n t sf o rt h e d y n a m i cp a r t i a l r e c o n f i g u r a t i o nt e c h n o l o g yr e a l i z e do nt h ex i l i n xv i n e x i ip r os e r i e sf p g a h o w e v e r s i n c et h ed y n a m i cp a r t i a lr e c o n f i g u r a t i o nt e c h n o l o g yi sf a i r l yn e w t h e r ei s h a r d l yaw e l lp r o v e nd e s i g nn o wf o rr e l i a b l ed y n a m i cp a r t i a lr e c o n n g u r a b l es y s t e m d e v e l o p m e n t w h i c hi ns o m ee x t e n t s l o w sd o w nt h ep o p u l a r i z a t i o no ft h ed y n 鋤i c p a n i a lr e c o n n g u r a t i o nt e c h n o l o g y t h ep 印e ri n t r o d u c e sh o wt ou s et h ei c a p i n t e r n a lc o n 丘g u r a t i o na c c e g sp o r t t or e c o n f i g u r et h ee n c r y p t i o ni p i n t e l l e c t u a lp r o p e r t y m o d u l e so n t h eo p b o n c h i p p e r i p h e r a lb u s a n di m p l e m e n tt h ep r o c e s sl e v e ld y n a m i cr e c o n f i g u r a b l es y s t e mo n x i l i n xv i r t e x i ip r ox c 2 v p 3 0f p g a p l a t f o r mi nd e t a i l t h ec o m p l e t e dr e s e a r c hw o r k i n c l u d e s 1 s e t u par e l i a b l em o d u l e b a s e dd y n a m i cp a n i a lr e c o n f i g u r a t i o nd e s i g nm e t h o d i n c l u d i n gt h ee s t a b l i s h m e n to ft h ei n i t i a lh a r d w a r ep l a t f o r m t h ep a i r t i t i o n i n ga n d d e s i g no fs t a t i ca n dr e c o n f i g u r a b l em o d u l e m o d u l eg e n e r a t i o na n ds y s t e ma s s e m b l y 2 u s et h es l i c e b a s e db u sm a c r ot os o l v et h ek e yp r o b l e mo ft h ec o m m u n i c a t i o n b e t w e e ns t a t i cm o d u l e sa n dr e c o n n g u r a b l e o n e s c o n s i d e r i n gt h ed e f e c t si ne f n c i e n c y 基于v i f t e x i ip r o 系列f p g a 動態(tài)郝分可堂構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) o fc o 磁l 娃娃是i e a 耄i o n 鞠ds i g n a le o 矗t r o lp r o v i d e db yl h et b u f b a s e db u sl n 魏c r o 專h e p a p e ff e a l i z e st h es l i c e b a s e db u sm a c r oa c c o f d i 觳gt ot h es y s t e l 致f e c o n 蠡g u r a t i o n r e q u i r e m e n t e x p e r i m e n ts h o w st h a tt h es l i c e b a s e db u sm a c r oi sm o r ee f f e c t i v et o c o n t r o lt h eo p e r a t i o no fr e c o n f i g u r a t i o n 3 f o l l o w i n gl h ep 約p o s e dl 轂 蓮玨l e b a s e dd e s i g 爨l(xiāng) 敬e l h o d l 矗ep 鑫p e fc o l n p l e t e s t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fad y n a m i cp a f t i a lr e c o l l f i g u r a b l es y t e l 娃 t h es y t e l n a c h i e v e sr u n t i m er e c o n f i g u r a t i o no nt h ex c 2 v p 3of p g a d e v i c e e x p e r i m e n t ss h o w t h a tt h es y s t e ma l l o w sm u l t i p l ed e s 追nm o d u l e st ot i m e s h a r ep h y s i c a l r e s o u r c e s i 丑華f o v i 致gl 囊eu t i l i t yo ff p g ah a f d w 靛e 怒s o 毽f c e s k e yw o r d s d y n a m i cp a n i a lr e c o n f i g u r a t i o n p r o g r a m m a b l el o g i cd e v i c e s v 譴e x l ip r ox c 2 v p 3 0f p g a o p bb t l s pm o d u 重e s l i 書a s e db u sm a c r o m 麗u l e 瓿s 舔如s i 薩 i v 基于v i r t c x l ip f o 系列f p g a 動態(tài)酃分可熬構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 匿l 圖l 圖1 圖2 圖2 圖2 圖2 圖2 圖2 圖2 圖2 圖2 圖3 圖3 圖3 圖3 圖3 圖3 圖3 圖4 圖4 圖4 圖4 圖4 圖4 圖4 圖4 圖4 圖4 圖4 圖4 5 6 7 8 9 l o 1 l 1 2 插圖索引 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 2 動態(tài)全局可重構(gòu)系統(tǒng) 4 動態(tài)部分可重構(gòu)系統(tǒng) 4 基于s r a m 的f p g a 編程原理 8 v i 式e x 1 lf p g a 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 9 c l b 結(jié)構(gòu) 10 s l i c e 10 王o b 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1 l v i 建e x 1 lp o 內(nèi)部幀結(jié)構(gòu)和分類 1 3 v i r t e x i ip r o 開發(fā)板 1 4 p p c 4 0 5i pc o r e 結(jié)構(gòu)框圖 1 6 s l a v es e l e c t m a p 模式和l c a p 模式 l7 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程圖 2 l 模塊h d l 實(shí)現(xiàn)和綜合流程 2 2 初始預(yù)算階段流程圖 2 3 激活階段流程圖 2 4 合并階段流程 2 5 配置流文件流程 2 5 p r o m 配置模式流程 2 6 囂d k 系統(tǒng)軟件模塊x i l f i a t 螽 2 9 e d k 生成的具體結(jié)構(gòu)圖 2 9 v i n e x i ip r of p g a 全局時鐘多路緩沖器分布 3 0 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)布局 3 1 重構(gòu)模塊的結(jié)構(gòu) 3 2 重構(gòu)模塊所占資源分配示意圖 3 3 重構(gòu)模塊端口一致性示意圖 3 3 靜態(tài)模塊的結(jié)構(gòu) 3 4 片內(nèi)部分薹 o 管腳的綁定端疆 3 5 v i r t e x i ip f ox c 2 v p 3 0f p g a 內(nèi)部b a n k 分布圖 3 6 l j l u f g 撐pa n db u f g 拌s 連接結(jié)構(gòu) 3 7 總線宏的放置 3 8 v l 2 3 l 2 3 4 5 6 7 8 9 l 2 3 4 5 6 7 l 2 3 4 基于v i r 眈一鬏p r o 系列f p 掀動態(tài)郝分可夔構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 蠶4 1 3 圖4 1 4 圖4 1 5 圖4 1 6 圖毒 1 7 圖4 1 8 圖4 1 9 圖4 2 0 圖4 2 l 圖4 2 2 圖4 2 3 圖4 2 4 基予t b u f 的總線宏結(jié)構(gòu) 3 9 帶使能信號的基于s l i c e 的總線宏結(jié)構(gòu) 4 l 使能信號總線宏的h d l 4 1 s l i c e 資源利用信息 4 3 h a l s s l i e e 結(jié)構(gòu)圖 4 3 僅使用寄存器訪問的設(shè)罄通過i p i f 連接o p 8 總線 4 5 o p bh w i c a p 示意圖 4 6 d e s 模塊的u s e r l o g i c 部分 4 7 a e s 加密模塊的u s e 乙l o g i e 部分 4 8 x i l i n xe d k 生成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 4 8 重構(gòu)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)文件結(jié)構(gòu) 4 9 加密模塊總運(yùn)行時間和數(shù)據(jù)輸入量的關(guān)系圖 5 2 v 基于v i n e x 一 p r o 系列f p g a 動態(tài)部分可重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 附表索引 表2 1f p g a 配置模式參數(shù)設(shè)定 1 3 表2 2x c 2 v p 3 0 片內(nèi)資源 l5 表2 3i c a p 端口以及對應(yīng)s e l e c t m a p 端口 1 8 表4 1系統(tǒng)地址分配 2 8 表4 2靜態(tài)模塊中與重構(gòu)模塊對應(yīng)的端口信息 3 4 表4 3系統(tǒng)資源消耗 5 2 湖南大學(xué) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研 究成果 除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外 本論文不包含任何其他個人或集體 已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品 對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體 均已在文 中以明確方式標(biāo)明 本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān) 作者簽名 日期渺d 寥年j 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 同意學(xué)校保留 并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版 允許論文被查閱和借閱 本 人授權(quán)湖南大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索 可 以采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文 本學(xué)位論文屬于 l 保密口 在年解密后適用本授權(quán)書 2 不保密團(tuán) 請?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打 作者簽名 k 逸孝 導(dǎo)師簽名2 乒j 日期 矽8 年r 月 日 日期 年 月 日 碩士學(xué)位論文 第重章緒論 當(dāng)前 傳統(tǒng)計(jì)算模式的實(shí)現(xiàn)方式主要有眾s l c 和通用處理器兩種 a s l c 主要 特點(diǎn)是由于為特定計(jì)算任務(wù)專門設(shè)計(jì) 因此能做到設(shè)計(jì)精確 可得到極高的運(yùn)算速 度及效率 設(shè)計(jì)電路的約束基本上是在物理層次的實(shí)現(xiàn)上 但其最大缺陷是在完成 制造以后不能進(jìn)行修改 一量遇到不同的工作環(huán)境 就需要對a s l c 重新設(shè)計(jì) 往 往導(dǎo)致a s l c 的設(shè)計(jì)成本離 靈活性差 通用處理器則恰燴相反 一般擁有一套屬 于自己的指令集 在執(zhí)行任務(wù)之前都是將任務(wù)抽象為指令集 選擇其中的指令依某 種算法構(gòu)成一個新的指令序列 就成了完成特定計(jì)算任務(wù)的軟件 也就是通過用編 程語言來實(shí)現(xiàn)不同的功能 這樣逶過修改軟件便可達(dá)到改變系統(tǒng)功能的露的 對硬 件無霈做任何改動 雖然通用處理器擁有很高的靈活性 但是它的可編程性是以 犧牲系統(tǒng)的性能和速度為代價換來的 常常導(dǎo)致執(zhí)行效率低下 這是因?yàn)槲⑻幚?在運(yùn)算時 按預(yù)先設(shè)定好的指令序列逐條執(zhí)行 而每條指令的執(zhí)行一般都要經(jīng)過 讀取指令一譯碼一執(zhí)行一存儲一寫回 五個步驟 這不僅增加了系統(tǒng)處理的時聞 也使系統(tǒng)的復(fù)雜性增加 從上述的簡要分析可以獲知 當(dāng)前主流計(jì)算模式的實(shí)現(xiàn) 存在的主要問題是 處理器計(jì)算模式能夠靈活地實(shí)現(xiàn)各種計(jì)算任務(wù) 但是在性能 上存在缺陷 a s i c 計(jì)算模式雖然性能較高 卻不能夠靈活地應(yīng)對計(jì)算任務(wù)的改變 為了有效地解決計(jì)算效率和靈活性兩者的權(quán)衡問題 蠢從上個世紀(jì)九十年代末至 今 可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)逐漸成為研究的熱點(diǎn) l l 一可重梅計(jì)算技術(shù)概述 l 1 1 可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)定義 可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)是指數(shù)字系統(tǒng)制造完成以后 其硬件結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要重新 配置的技術(shù) 簡單的說就是利用現(xiàn)場可編程門陣列f p g a 來實(shí)現(xiàn)特殊功能的計(jì)算 任務(wù) l 早在2 0 世紀(jì)6 0 年代末 美國加利福尼亞大學(xué)的g e r a i d e s t r i n 就提出了重構(gòu) 計(jì)算的概念 并研制了原型系統(tǒng) 該系統(tǒng)由毒 柔性但霹編程的處理器和柔性的由 程序控制重構(gòu)的數(shù)字邏輯部件兩部分組成 該系統(tǒng)其硬件和軟件盡管抽象層次不 高但均可編程重構(gòu) 由于當(dāng)時實(shí)現(xiàn)技術(shù)尚不完善 故e s t r i n 研制的系統(tǒng)只是其理 論設(shè)計(jì)的粗略近似 但這種結(jié)構(gòu)奠定了以后可重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)弘 西前 能夠被廣泛接受的定義是由加州大學(xué)德克利分校的a n d f ed e h o n 和兩h w a w r z y n e k 提出的 他們通過與其它計(jì)算系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)比較的基礎(chǔ)上 在廣義 基于 r t e x 一 p r o 系列f p g a 動態(tài)部分可重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 上給出了可重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)應(yīng)該具有的兩個關(guān)鍵特點(diǎn) 3 1 能夠在硬件器件制造后 針對計(jì)算任務(wù)進(jìn)行定制 2 能夠?yàn)橛?jì)算任務(wù)提供大量的可以定制的執(zhí)行空間 這 兩個關(guān)鍵特點(diǎn)能有效的彌補(bǔ)傳統(tǒng)的a s i c 模式不具備制造后可改動的能力以及通用 處理器模式不能夠?yàn)椴僮魈峁Ｓ脭?shù)據(jù)通路的缺陷 闡明了可重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)必須 同時具備靈活性和高效性等特征 同時 k a t h e r i n ec o m p t o n 和s c o t th a u c k 對當(dāng)前研究的主流可重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)進(jìn) 行了更具體的定義 可重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)是結(jié)合了硬件編程能力的系統(tǒng) 其中 硬件 編程是指通過改變一系列物理控制點(diǎn)的方式對硬件應(yīng)該如何工作進(jìn)行定制 控制 點(diǎn)的改變將導(dǎo)致硬件的執(zhí)行功效發(fā)生相應(yīng)的改變 4 5 1 1 1 2 可重構(gòu)計(jì)算體系結(jié)構(gòu) 可重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)的一種體系結(jié)構(gòu)是由一個或者多個微處理器與其它一些專用 處理模塊一起集成到可重構(gòu)邏輯模塊里面 專用處理模塊通過共享總線或者一些 特殊的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接和微處理器核通信 微處理器和專用處理模塊可能用到一些 片上內(nèi)存作為局部緩存 另外 由于可編程邏輯器件能夠支持動態(tài)的重構(gòu) 那么 上述專用處理模塊能夠被動態(tài)的改變 所以需要相應(yīng)的控制和管理組件來處理動 態(tài)添加或刪除的專用處理模塊 以及重構(gòu)之后內(nèi)部的通信等問題 這種緊密耦合 的體系結(jié)構(gòu)圖如圖1 1 中所示 其中專用硬件模塊可以是i p 核 也可以是自行設(shè) 計(jì)的硬件模塊 用虛線框表示說明專用處理模塊可動態(tài)改變 圖1 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 1 1 3 可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)應(yīng)用 盡管可重構(gòu)計(jì)算的概念早在7 0 年代就己經(jīng)提出 但由于沒有理想的硬件條 件 這方面的研究沒有取得很大突破 9 0 年代以來 隨著大規(guī)模集成電路的迅速 發(fā)展 可編程邏輯器件的出現(xiàn)為可重構(gòu)計(jì)算的研究提供了條件 陸續(xù)實(shí)現(xiàn)了一些 可重構(gòu)計(jì)算的應(yīng)用系統(tǒng) 在各f p g a 制造商相繼推出的一系列支持部分重構(gòu)的f p g a 器件中 早期的 f p g a 結(jié)構(gòu)中只包含少量的邏輯塊 通常是由細(xì)粒度的可編程邏輯塊通過走線和 2 碩士學(xué)位論文 可編程開關(guān)相連而組成的 但隨著現(xiàn)代工藝的進(jìn)步 現(xiàn)在的f p g a 集成度得到了 明顯的提高 甚至達(dá)到了數(shù)百萬門的單片f p g a 芯片的新水平 這些技術(shù)的高速 發(fā)展為以前只是用于實(shí)現(xiàn)簡單的邏輯功能和原形系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可重構(gòu)邏輯器件能夠 逐步占領(lǐng)計(jì)算系統(tǒng)的核心地位提供了基本支持 可重構(gòu)計(jì)算利用了可編程器件可多次重復(fù)配置邏輯狀態(tài)的特性 能以較少的 硬件資源實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的邏輯電路功能 在提高系統(tǒng)執(zhí)行速度的同時又顯著地降低 系統(tǒng)成本 尤其在對執(zhí)行速度和靈活性要求比較高的場合 例如集成電路的計(jì)算 機(jī)輔助設(shè)計(jì) 6 1 大數(shù)運(yùn)算 7 1 目標(biāo)識別 8 字符模式匹配 9 1 數(shù)據(jù)壓縮1 10 1 嵌入式 系統(tǒng)等方面都有著廣泛的應(yīng)用前景 1 2 部分重構(gòu)技術(shù)概述 可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)根據(jù)重構(gòu)過程的行為差異可分為靜態(tài)重構(gòu)和動態(tài)重構(gòu)兩類 1 1 1 2 1 靜態(tài)重構(gòu) 靜態(tài)重構(gòu)也稱全部重構(gòu) 是最簡單也是當(dāng)前用途最廣泛的利用可重構(gòu)邏輯器 件實(shí)現(xiàn)計(jì)算任務(wù)的技術(shù) 它的特點(diǎn)是每個計(jì)算任務(wù)都需要一個涵蓋整個器件的配 置文件 在開始執(zhí)行計(jì)算任務(wù)前 這個配置文件一次性全部編程到可編程邏輯器 件的邏輯資源上 一旦系統(tǒng)開始運(yùn)行 那么在系統(tǒng)的整個生命周期內(nèi) 可編程邏 輯器件上的配置必須保持靜態(tài)而不發(fā)生任何改變 實(shí)際上 靜態(tài)重構(gòu)的執(zhí)行過程非常類似于a s i c 計(jì)算模式 在計(jì)算任務(wù)執(zhí)行的 整個過程中 它們都不會對硬件做任何改變 而相比較a s i c 計(jì)算模式 靜態(tài)重構(gòu) 的優(yōu)勢在于能夠多次復(fù)用同一器件實(shí)現(xiàn)不同的計(jì)算任務(wù) 減少了任務(wù)實(shí)現(xiàn)的代價 1 2 2 動態(tài)重構(gòu) 動態(tài)重構(gòu)在系統(tǒng)運(yùn)行之前對f p g a 進(jìn)行配置 在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中根據(jù)需要可 重配置f p g a 使之具有新的邏輯功能 從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu) 這樣 系統(tǒng)所能支 持的配置只依賴于保存配置信息的存儲器容量的大小 動態(tài)重構(gòu)按照系統(tǒng)重構(gòu)的粒度可分為動態(tài)全局重構(gòu)和動態(tài)部分重構(gòu) 1 動態(tài)全局重構(gòu) 動態(tài)全局可重構(gòu)在進(jìn)行重構(gòu)時 需對整個f p g a 芯片進(jìn)行重新配置 在重配置 的過程中芯片停止工作 系統(tǒng)舊的邏輯功能失去 新的邏輯功能尚未建立 系統(tǒng) 的邏輯功能在時間軸上斷裂 系統(tǒng)的功能無法動態(tài)連續(xù) 如圖1 2 所示為動態(tài)全局 可重構(gòu)的工作流程 基于v i r t e 一 p m 系列f p g a 動態(tài)部分可重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 還 匿 圖1 2 動態(tài)全局可重構(gòu)系統(tǒng) 2 動態(tài)部分重構(gòu) 動態(tài)部分重構(gòu)在進(jìn)行重構(gòu)時 由于選擇性地對可編程邏輯器件上的部分資源 進(jìn)行重新配置 而不會影響到器件上的其它資源 所以在重配置的過程中芯片仍 然工作 系統(tǒng)在建立新的邏輯功能的過程中 未被重配置部分的邏輯功能仍然正 常 即系統(tǒng)的邏輯功能在時間軸上是動態(tài)連續(xù)的 目前 對動態(tài)部分重構(gòu)研究使 用的f p g a 主要是x i l i n x 公司的支持動態(tài)部分重構(gòu)的v i r t e x v i r t e x i i v i r t e x i i p r o i r t e x4 v i r t e x5 等系列 本文使用的實(shí)驗(yàn)平臺就是v i r t e x i ip r o 系列的產(chǎn)品 如圖1 3 所示為動態(tài)部分重構(gòu)工作流程 圖1 3 動態(tài)部分可重構(gòu)系統(tǒng) 基于f p g a 的動態(tài)部分重構(gòu)是通過將一個純空間的數(shù)字邏輯系統(tǒng)化解為在時 間空間上混合構(gòu)建的數(shù)字邏輯系統(tǒng) 這種新型的數(shù)字邏輯系統(tǒng)從時間軸和外部看 上去 和原來整體功能一樣 但從資源利用來看 由于可以動態(tài)地重復(fù)利用資源 資源的利用率將成倍地提高 實(shí)現(xiàn)的數(shù)字邏輯系統(tǒng)規(guī)模受硬件資源的限制相對要 小得多 5 1 3 本文主要工作 目前國內(nèi)外對于動態(tài)部分可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)的研究十分活躍 有大量的研究工 作和論文集中討論這一問題 所提出的編程模型可基本分為兩類 指令級和進(jìn) 線 程級 指令級和進(jìn) 線 程級編程模型各有優(yōu)劣 指令級編程模型的主要優(yōu)點(diǎn)在于完全不用設(shè)計(jì)人員干預(yù) 編譯器 操作系統(tǒng) 都可以不變 由專門硬件完成 對于設(shè)計(jì)人員而言開發(fā)效率很高 但由于需要額 外的專用微處理器進(jìn)行在線反匯編 綜合和布局布線 硬件開銷比較大 另一方 4 碩士學(xué)位論文 面指令級編程模型粒度目前局限在基本塊內(nèi) 結(jié)構(gòu)也局限于單循環(huán)結(jié)構(gòu) 性能提 升效果有限 另外 雖然設(shè)計(jì)人員只需提供軟件實(shí)現(xiàn)方案 而把硬件綜合交給專 門軟硬件執(zhí)行 但這樣未能利用已有的硬件設(shè)計(jì)資源 這在目前第三方i p 核十分 豐富的情況下 1 2 1 3 1 4 l5 1 顯得有些浪費(fèi) 進(jìn) 線 程級編程模型優(yōu)點(diǎn)主要在于把軟件和硬件任務(wù)都當(dāng)作進(jìn)程或線程 由操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理 可以支持現(xiàn)有硬件設(shè)計(jì)資源 便于集成開發(fā) 進(jìn) 線 程 編程模型可轉(zhuǎn)換為進(jìn) 線 程動態(tài)調(diào)度問題 利用和擴(kuò)展操作系統(tǒng)進(jìn) 線 程管 理功能而實(shí)現(xiàn) 同時 進(jìn) 線 程通信 同步也可利用操作系統(tǒng)提供的相應(yīng)機(jī)制 實(shí)現(xiàn) 較為靈活方便 但相對指令級編程模型而言 進(jìn) 線 程調(diào)度 通信 同 步基本由軟件完成 時間開銷較大 另外 目前的進(jìn) 線 程級編程模型研究中 軟件和硬件進(jìn) 線 程對設(shè)計(jì)人員是可見的 程序員創(chuàng)建一個軟件或硬件進(jìn) 線 程的同時 實(shí)際已暗示了相應(yīng)功能的軟硬件劃分 雖然有可能增加專門代碼和電 路來進(jìn)行軟硬件進(jìn) 線 程遷移 1 6 1 7 但需要同時修改操作系統(tǒng)和底層硬件以提 供支持 并非一個理想的方案 針對指令級和進(jìn) 線 程級編程模型的不足 提出了過程級編程模型 過程級編程模型主要為設(shè)計(jì)人員提供統(tǒng)一的軟硬件過程描述方法 這通過軟 硬件協(xié)同函數(shù)庫的形式來體現(xiàn) 其中關(guān)鍵的問題是硬件設(shè)計(jì)資源 如i p 核 自行 設(shè)計(jì)的電路模塊等的封裝 軟件過程或函數(shù)的描述形式與當(dāng)前軟件程序中的過程或函數(shù)是相同的 無需 修改 硬件設(shè)計(jì)資源則需根據(jù)其實(shí)現(xiàn)的功能 封裝為軟件的過程或函數(shù)形式 考 慮到在可重構(gòu)片上系統(tǒng)中 硬件模塊一般作為微處理器的加速器 并通過總線連 接到微處理器和存儲器 硬件模塊的配置文件一般是從硬件描述通過硬件設(shè)計(jì)綜 合工具獲得 并保存到非易失性存儲器中 以便需要運(yùn)行時加載配置到可編程器 件資源上 加載配置過程由硬件配置管理器來負(fù)責(zé) 這樣 一個硬件模塊的實(shí)現(xiàn) 可以分為兩部分 一部分是配置文件 實(shí)現(xiàn)硬件模塊的基本功能 一部分是軟件 代碼 實(shí)現(xiàn)微處理器對硬件模塊功能的調(diào)用 因此 硬件模塊的封裝需要保證硬 件的接口過程或函數(shù)通過正常的編譯流程后生成相應(yīng)的代碼 訪問對應(yīng)的硬件配 置文件和接口 本文在v i r t e x i ip r ox c 2 v p 3 0f p g a 實(shí)現(xiàn)了一個過程級動態(tài)部分可重構(gòu)系 統(tǒng) 通過使用內(nèi)部配置訪問通道i c a p 對o p b 總線上的加密i p 核進(jìn)行重構(gòu)配置 系統(tǒng)借鑒了模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)的思路 對模塊化設(shè)計(jì)過程中涉及的模塊劃分 模塊通信和硬件實(shí)現(xiàn)三個關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究 模塊劃分階段 為了部分重構(gòu)系統(tǒng)的易實(shí)現(xiàn)性 將系統(tǒng)劃分為重構(gòu)模塊和靜 態(tài)模塊兩部分 重構(gòu)模塊在運(yùn)行時 根據(jù)系統(tǒng)需求的變化在靜態(tài)模塊的p o w e r p c 控制下做功能切換 由于x c 2 v p 3 0f p g a 只支持一維重構(gòu) 因此對重構(gòu)模塊硬件 基于v i r t 既一 p r o 系列f p g a 動態(tài)部分可重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 資源的分配需作特殊處理 需為模塊進(jìn)行合理的區(qū)域約束 重構(gòu)模塊和靜態(tài)模塊間的通信是動態(tài)部分重構(gòu)系統(tǒng)的關(guān)鍵 實(shí)驗(yàn)中 使用了 基于s l i c e 的總線宏 基于s l i c e 的總線宏提供了更大的信號通信量 最重要的 由于增加了信號控制機(jī)制 能更加有效的控制重構(gòu)階段來自重構(gòu)區(qū)域的無序信號 保證系統(tǒng)的運(yùn)行時重構(gòu) 同時 基于s l i c e 的總線宏在f p g a 片內(nèi)的放置對于整 個系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)階段至關(guān)重要 易產(chǎn)生信號布線越界的現(xiàn)象 需用戶對總 線宏進(jìn)行約束 經(jīng)過初始預(yù)算 模塊激活 模塊合并和配置數(shù)據(jù)生成階段得到系統(tǒng)的硬件實(shí) 現(xiàn) 可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行時重構(gòu) 有效的提高系統(tǒng)資源利用率 1 4 本文組織結(jié)構(gòu) 本論文共分四章 其組織結(jié)構(gòu)為 第1 章 緒論 論述本論文的相關(guān)研究背景 首先系統(tǒng)地介紹了可重構(gòu)計(jì)算技 術(shù)的定義 體系結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用 然后通過對可重構(gòu)計(jì)算的比較 得出動態(tài)部分重 構(gòu)技術(shù)是可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)的重要發(fā)展趨勢 第2 章 可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)基礎(chǔ) 首先介紹了實(shí)現(xiàn)動態(tài)局部重構(gòu)系統(tǒng)的v i r t e x 1 i x c 2 v p 3 0f p g a 硬件開發(fā)平臺 特別是系統(tǒng)中所用到的硬件組件p o w e r p c 4 0 5 i c a p s y s t e ma c e 通過分析 具有混合粒度的支持部分重構(gòu)的器件將是未來可 重構(gòu)邏輯器件的重要發(fā)展方向 第3 章 基于模塊化設(shè)計(jì)的部分重構(gòu)方法 介紹了動態(tài)局部重構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技 術(shù)以及各自的優(yōu)缺點(diǎn) 分析了x i l i n x 基于模塊化的部分重構(gòu)設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵技術(shù) 設(shè)計(jì)流程等 第4 章 過程級動態(tài)部分重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 提出過程級動態(tài)部分重構(gòu)系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)方法 并以系統(tǒng)在加密領(lǐng)域?yàn)槔M(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 首先簡述過程級動 態(tài)部分重構(gòu)系統(tǒng)的概念 介紹了與傳統(tǒng)動態(tài)部分重構(gòu)系統(tǒng)的差別 然后分析過程 級動態(tài)部分重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中需要涉及的關(guān)鍵技術(shù) 通過在現(xiàn)有的基于可重構(gòu) 邏輯器件的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程上增加了對基于模塊的部分重構(gòu)技術(shù)的支持 針 對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求進(jìn)行系統(tǒng)部件的選型與設(shè)計(jì) 解決了過程級動態(tài)重構(gòu)系統(tǒng)所涉 及的關(guān)鍵問題 通過加密i p 模塊系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證了本論文所提設(shè)計(jì)方法的有效性 也體現(xiàn)出了過程級動態(tài)部分重構(gòu)系統(tǒng)具有的性能優(yōu)勢 6 碩士學(xué)位論文 第2 章可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)基礎(chǔ) 2 1 可重構(gòu)邏輯器件的基本技術(shù) 2 1 1 可重構(gòu)邏輯器件的編程原理 從上章內(nèi)容易知 可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)需要依賴于硬件器件的可編程重構(gòu)特性 以便在計(jì)算過程中能夠?qū)⒂布骷ㄖ茷橛?jì)算任務(wù)所需的功能部件 因此 具有 可重構(gòu)能力的可編程邏輯器件是可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ) 這是因?yàn)榭芍貥?gòu)計(jì)算的 關(guān)鍵在于電路結(jié)構(gòu)可以動態(tài)改變 這只有通過采用合適的可編程邏輯器件來實(shí)現(xiàn) 這一功能 常見的可編程邏輯器件有 可編程陣列邏輯 p r o g r a m m a b l ea r r a yl o g i c p a l 復(fù)雜可編程邏輯器件 c o m p l e xp r o g r 鋤m a b l el o g i cd e v i c e c p l d 現(xiàn)場 可編程門陣列 f i e l dp r o g r 鋤m a b l eg a t ea r r a y f p g a 和動態(tài)現(xiàn)場可編程門陣列 d y n a m i c a l l yf i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y d f p g a 上述各種器件都可滿足可 重構(gòu)計(jì)算中關(guān)于可變硬件的條件 但實(shí)際應(yīng)用中 除了f p g a 外其他器件很少在 可重構(gòu)系統(tǒng)中使用 這是因?yàn)閒 p g a 具有更高的集成度和更大的靈活性 能夠高 效地實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的電路邏輯 甚至在單片器件中配置計(jì)算系統(tǒng)的全部硬件部件 f p g a 的編程技術(shù)主要有反熔絲 f 1 a s h 以及s r a m 三類 1 反熔絲f p g a 由專用的編程器根據(jù)設(shè)計(jì)所給出的數(shù)據(jù)文件 對其內(nèi)部 的反熔絲陣列進(jìn)行燒錄 從而達(dá)到邏輯功能的實(shí)現(xiàn) 具有速度快 功耗低 安全 性好等優(yōu)點(diǎn) 但其有致命的弱點(diǎn) 即只具有一次性編程 o n et i m ep r o g r a m m a b l e 0 t p 能力 因此不適合可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)的研究 2 基于f l a s h 的f p g a 是一種比較新的技術(shù) 它集成了s r a m 和f l a s h 兩 類存儲結(jié)構(gòu) s r a m 用于器件正常工作時對系統(tǒng)進(jìn)行控制 f l a s h 則在掉電后用來 保存配置信息 因此不需要片外的配置芯片 充分發(fā)揮了f l a s h 的非易失性和可 重配置性 但配置速度不夠理想 3 基于s r a m 的f p g a 中的各個配置點(diǎn)都連接著s r a m 存儲位 f p g a 的配 置過程就是對這些s r a m 存儲位的編程過程 如圖2 1 所示 4 7 基于v i n e x 一 p r o 系列f p g a 動態(tài)部分可重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 湊 寫 一 1 0 一 i i 卜 j墼量 廠 一 l 可犏程邏輯位的示意圖 b 可編程互連的示意圖 圖2 1 基于s i 認(rèn)m 的f p g a 編程原理 在圖2 1 a 中 f p g a 片內(nèi)的每個可重構(gòu)邏輯位對應(yīng)著一個s r a m 存儲位 由四個 晶體管組成的兩個交叉耦合的反相器 可具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)o 和1 f p g a 最基本的 邏輯單元就是利用數(shù)個這樣的可重構(gòu)邏輯位構(gòu)成的 在圖2 1 b 中 f p g a 上的互 連布線資源是通過使用通門 p a s s g a t e 結(jié)構(gòu)來配置的 如果可編程的s r a m 存儲位p 為1 則布線資源 1 與 2 連通 否則就不連通 f p g a 中縱橫交錯的各種布線線段進(jìn) 行連接 可以靈活地改變各基本邏輯單元間的互連關(guān)系 組成更為復(fù)雜的計(jì)算電 路 f p g a 配置過程中 上電時要將配置數(shù)據(jù)寫入片內(nèi)s r a m 中 配置完成后才 可進(jìn)入工作狀態(tài) 掉電后s r a m 中的配置數(shù)據(jù)會丟失 f p g a 內(nèi)部邏輯關(guān)系也隨 之消失 因此 基于s i 認(rèn)m 的f p g a 可反復(fù)使用 具有可重編程能力 而且配置 速度快 迄今為止也是可重構(gòu)計(jì)算領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的 2 1 2 可重構(gòu)邏輯器件的分類 按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn) 可以將可重構(gòu)邏輯器件分為不同的類型 下面介紹一 些常用的分類標(biāo)準(zhǔn)1 1 9 1 粒度 粒度是指系統(tǒng)中可重構(gòu)成分 r e c o n f i g u r a b l ep r o c e s s i n gu n i t r p u 的操作 數(shù)的寬度 r p u 是功能可配置的邏輯塊 其內(nèi)部連接關(guān)系是可重構(gòu)的 在一個細(xì) 粒度的可重構(gòu)體系結(jié)構(gòu)中 r p u 中的處理元素通常是邏輯門 觸發(fā)器 查找表等 它們進(jìn)行位級操作 實(shí)現(xiàn)一個有限狀態(tài)機(jī)的布爾函數(shù) 而在粗粒度的可重構(gòu)體系 結(jié)構(gòu)中 r p u 中的處理元素可能包括復(fù)雜的功能單元 如算術(shù)邏輯單元 乘法器 等 它們一般處理字級的操作 如果一個可重構(gòu)體系結(jié)構(gòu)中包括粗粒度和細(xì)粒度 兩種r p u 則稱其為混合粒度的 2 編程深度 編程深度是指存儲在r p u 中的配置程序或文件的數(shù)量 一個r p u 可能含有單 個配置文件或多個配置文件 對于單配置文件系統(tǒng) 只有一個配置文件駐留在r p u 內(nèi) 因此r p u 的功能局限于當(dāng)前裝載的配置文件 而在多配置文件系統(tǒng)中 同時 8 碩士學(xué)位論文 有多個配置文件駐留在r p u 內(nèi) 這使得可以通過切換配置文件很方便地實(shí)現(xiàn)不同 的功能 而不必從外部重新裝載配置文件 2 2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境介紹 本文研究加密模塊的動態(tài)部分重構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)所使用的硬件平臺是x i l i n x 公司 提供的x u pv i n e x i ip r o 開發(fā)系統(tǒng) 其中主芯片是x i l i m v i r t e x i ip r o 系列的 x c 2 v p 3 0 型號f p g a 2 2 1x i l i n xv i r t e x i ip r of p g a x i l i n xv i r t e x i ip r of p g a 是基于s r a m 編程技術(shù)的可編程邏輯器件 具有先 進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)和多樣的配置方式 下面將簡要介紹其體系結(jié)構(gòu) 配置方式以及配 置原理 1 體系結(jié)構(gòu) v i r t e x i ip r of p g a 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2 2 所示 2 0 nr fv鋤 憎 口 口 口 口 口 口 口 口口口口 口口口口 口口口口 口口口口 口口口口 口口口口 口口口口 i 口 口 口 口 口 口 口 i 口 口 口 口 口 口 口 圖2 2v i r t e x i if p g a 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 其包含可編程功能模塊 c o n f i g u r a t i o nl o g i cb l o c k s c l b 輸入輸出模塊 i n p u t o u t p u tb l o c k s i o b 時鐘管理模塊 d i g i t a lc l o c km a n a g e r d c m 嵌入 塊式r a m 豐富的布線資源和內(nèi)嵌專用硬件模塊 1 c l b c l b 是f p g a 的核心 可用于實(shí)現(xiàn)組合邏輯和復(fù)雜時序邏輯 其結(jié)構(gòu)如圖2 3 所示 2 0 l 9 幾 u幾 ui 基于 r t e x 一 p r o 系列f p g a 動態(tài)部分可重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 嘲 c 啊l n 既匭 切麗曲b o 鴨 圖2 3c l b 結(jié)構(gòu) 每個c l b 包括4 個s l i c e 2 個三態(tài)緩沖 t b u f 以及內(nèi)部的快速互連機(jī)制與 開關(guān)矩陣 s w i t c hm a t r i x 相連并最終連接f p g a 上的布線資源 c l b 中的每個s l i c e 包括兩個函數(shù)發(fā)生器 兩個存儲邏輯 算術(shù)邏輯 進(jìn)位邏輯和函數(shù)復(fù)用選擇器 其結(jié)構(gòu)如圖2 4 所示 2 們 c mo o 呲 譬睫 c c h 圖2 4s l i c e 函數(shù)發(fā)生器采用了基于s r a m 存儲器的4 輸入查找表 l 0 0 ku pt a b l e l u t 結(jié)構(gòu) 能夠根據(jù)輸入的地址在相應(yīng)的存儲空間中讀取數(shù)值以完成計(jì)算功能 系統(tǒng) 的重構(gòu)配置過程中 對l u t 的重構(gòu)就是對s r a m 存儲器重新編程的過程 兩個 存儲單元是由邊沿觸發(fā)的d 觸發(fā)器或者是電平敏感的鎖存器構(gòu)成 主要被用于實(shí) 現(xiàn)時序邏輯 算術(shù)邏輯包括1 個異或門和1 個專用與門 異或門可實(shí)現(xiàn)兩個s l i c e 的2 b i t 全加操作 專用與門則用于提高乘法器的效率 進(jìn)位邏輯由專用進(jìn)位信號 和函數(shù)復(fù)用發(fā)生器組成 以實(shí)現(xiàn)快速的算術(shù)加減法操作 c l b 中的三態(tài)緩沖主要用于驅(qū)動水平方向上的布線資源 構(gòu)成專用的固定通 訊通道 在動態(tài)局部重構(gòu)系統(tǒng)中可用來實(shí)現(xiàn)基于t b u f 的總線宏 以提供重構(gòu)模 塊和其他模塊的通信連接 l o 一 舢 啦馴 撕 舶蛐甜 馘 懵 幅 繾x m 碩士學(xué)位論文 2 i o b 1 0 b 是f p g a 與外界電路的接口部分 完成不同電氣特性下對輸入 輸出信號 的驅(qū)動與匹配要求 其結(jié)構(gòu)如圖2 5 所示 2 0 圖2 5i o b 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 外部輸入信號可以通過i o b 的存儲單元輸入到f p g a 的內(nèi)部 也可以直接輸 入到f p g a 內(nèi)部 當(dāng)外部輸入信號經(jīng)過i o b 的存儲單元輸入到f p g a 內(nèi)部時 其 保持時間 h o l dt i m e 通常默認(rèn)為0 0 f p g a 內(nèi)部的i o b 按組 b a n k 分類 每組都能夠