SHUM-UCOS:基于统一多任务模型可重构系统的实时操作系统

在分析软硬件任务本质区别的基础上,提出并实现了一种基于统一多任务模型的实时操作系统,称为SHUM-UCOS.它能够跟踪和管理可重配置资源的使用,通过硬件任务预配置技术,提高了资源利用率和任务并行性.定义了两种标准硬件线程接口,对总线型和星型通信拓扑结构提供支持.Rhealstone Benchmark测试和实际应用都表明,SHUM-UCOS能够在提升系统性能的同时,有效缩减从软件实现到硬件实现的迁移时间.

基于簇的层次敏感的可重构系统任务划分算法

对于可重构计算中面积约束条件下的任务划分问题,提出一种基于簇的、层次敏感的划分LSCBP算法.该算法按照依赖优先、最早最先和碎片利用三原则构造了新的启发函数ASLevel,能够跟踪节点分配过程并进行动态调整;它克服了CBP算法机械选取节点进行划分的缺点,同时算法复杂度也增大到O{|V|2+|E|}.对随机生成的任务图(节点数小于250)的划分实验表明:对于相同的DAG,LSCBP算法能够比CBP算法获得更少的任务簇(可重构资源需求量)和簇间有向边(通信代价).

动态可重构系统任务时域划分算法

为提高动态可重构系统的执行效率,提出了一种多目标优化的动态可重构系统任务时域划分方法.在可重构硬件资源约束条件下,将任务的数据流图划分成数个子模块.使用加权方法将子模块中的操作执行时间和模块间数据通信引起的延时统一为划分代价,根据每种延时在总代价中所占比例来选取优化的方向.通过建立就绪列表的方法,避免了划分过程中出现死锁问题,保证了各个操作正常的执行顺序.实验结果表明,该方法能够有效地提高应用算法在动态可重构结构上的执行速度.算法的时间复杂度为O(|V|2+|V||E|)(其中|V|为数据流图节点数,|E|为边数).

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。

基于模块的动态可重构系统设计

可重构计算是介于通用处理器和ASIC之间的全新计算解决方案,是一种即保留了硬件计算的速度性能,又兼具软件编程情况灵活性的算法实现方式。介绍了基于模块的动态可重构系统设计方法和模块间的通信方式。实现了基于单片XilinxVirtex-II Pro FPGA片上动态自重构系统,可在系统运行时以较短的时间开销灵活加载所需的重构功能模块,充分体现了可重构计算的性能与速度的优势。

基于SOPC的远程可重构系统设计方法研究

为解决基于FPGA的嵌入式系统远程重构问题,基于SOPC技术,提出了一种利用单片FPGA的嵌入式系统远程软、硬件资源重构的设计方法。同时,提出了一种软硬件镜像缓存机制,以有效地提高重构效率。实际测试证明,新方法是一种开发高性能、低成本远程可重构嵌入式系统的高效模式。

基于构件运算的可重构系统代数模型

可重构系统是指一个系统由构件组成,随着构件被替换以及组合拓扑关系的变化,系统表现出不同的功能.针对可重构系统在形式化和重构建模方面的不足,用代数学方法对可重构构件、构件组合、可重构系统的属性和行为特征进行抽象,把构件组合定义成构件的"运算"实现,结合进程代数中算子的概念,定义了多种构件组合运算,建立了可重构系统的代数模型.在代数模型基础上,提出了重构建模和重构范式,为可重构系统提供理论支持,最后介绍了应用案例.

一种面向雷达应用可重构系统中的数据缓存结构和管理机制

针对面向雷达应用可重构系统中数据访存冲突严重、访存效率低等问题,设计了一种片上层次化缓存结构,并提出基于多存储体的线性步长可变的数据管理机制,通过建立计算阵列与各个存储体之间可配置的逻辑映射关系,有效降低了多个计算阵列并行工作时产生的访存冲突,提高了计算阵列的数据吞吐率,从而提高了可重构系统的数据访存性能.结果表明,该方案在有效控制硬件开销的同时,极大地提升了可重构系统的数据访存性能,以256~64×210快速傅里叶变换为例,与经典并行缓存机制相比,可重构系统的数据访存性能提升了26.09%~54.60%.

基于量子粒子群算法的可重构系统软硬件划分

针对软硬件协同设计中软硬件划分的这个关键问题,提出了一种基于量子粒子群算法的动态可重构系统软硬件划分的算法;首先使用有向无环图对嵌入式系统建模,得到软硬件划分优化系统的目标函数;然后通过采用自适应的量子旋转角调整策略以及引入量子变异操作,有效避免搜索过程陷入局部最优,提高搜索效率;对比实验结果表明本文算法对解决软硬件划分问题的有效性;文章算法不但能够以更快的搜索速度得到软硬件划分结果,并且得到划分结果更优,是一种具有较高性能的划分方法。

参数化的可重构系统抽象模型

为使可重构系统的设计空间搜索方法不依赖于任何具体的可重构结构,总结了描述可重构系统的结构特征参数,提出了可重构系统结构的层次-参数模型.该模型是一个层次化结构的通用模型,逐层向下由顶层结构、块结构、单元结构和功能结构4部分组成,每种结构代表一个层次.通过将各种参数代入模型中的各个描述项,可以描述影响可重构系统性能的结构特征.利用该模型分别对2种典型的动态和静态可重构系统进行了描述,应用结果表明,系统的结构特征均可通过自顶向下4层结构描述清楚,体现了模型良好的扩展性和通用性.

基于FPGA的可重构系统的应用

基于 FPGA的可重构系统的出现 ,引发了计算和数字逻辑样式的变革。作为逻辑仿真系统 ,它的仿真速度比软件仿真要快数个量级 ;作为用户计算机 ,它在多种类型的应用实现中获得高效率的系统性能 ;作为多模式系统 ,它节省了硬件开支 ,并提供了真正意义上的通用硬件。

基于预配置和配置重用的粗粒度动态可重构系统任务调度技术

配置时间过长是制约可重构系统整体性能提升的重要因素,而合理的任务调度技术可有效降低系统配置时间。该文针对粗粒度动态可重构系统(CGDRS)和具有数据依赖关系的流应用,提出了一种3维任务调度模型。首先基于该模型,设计了一种基于预配置策略的任务调度算法(CPSA);然后根据任务间的配置重用性,提出了间隔配置重用与连续配置重用策略,并据此对CPSA算法进行改进。实验结果证明,CPSA算法能够有效解决调度死锁问题、降低流应用执行时间并提高调度成功率。与其它调度算法相比,对流应用执行时间的平均优化比例达到6.13%~19.53%。

面向动态可重构系统的低能耗调度算法

本文主要研究了动态可重构系统的能耗最优化问题,提出了一种基于蚁群算法的低能耗调度算法(ASR).该算法以蚁群算法的概率状态转移规则为中心,通过设计合理的启发函数(即任务放置策略)达到最小化系统能耗目的.通过实验模拟,与蛮力算法比较后发现,采用提出的ASR调度算法,不仅使得系统损失的总能耗比最优能耗高3%,而且算法复杂度低,运行速度快.

用户可重构系统芯片—U-SoC

随着深亚微米技术(DSM)的不断发展,完全专用的系统芯片(SoC)已经面临新的问题和挑战。本文在研究硅技术发展趋势、硅产品特征循环规律以及硅产业结构演变规律的基础上,提出了一种具有一定“通用”性的用户可重构系统芯片(User reconfigurable SoC,简称U-SoC),它通过用户重构功能降低新产品的开发成本,缩短上市周期,提高设计效率,从而增强了SoC的适应性和灵活性。研究U-SoC设计方法,对于加速我国微电子产业的发展进程,实现跨越式发展有重要作用。

可重构系统的调度算法研究

根据重构系统的需要,提出了一种适合动态可重构系统的混合调度映射算法。采用图分割理论的方式对任务进行描述,并建立了动态可重构模式。该算法是一种在可重构硬件平台上多核应用的混合调度映射算法,即将每一个应用程序看作一个程序核,利用程序核之间的相关信息,尽可能减少可重构造成的系统时间开销。实验结果证明,所提出的算法能够有效地完成图分割到可重构系统的时空映射,与其他算法相比性能较高。

面向可重构系统的负载均衡低能耗调度算法

主要研究了基于多FPGAs部件的可重构系统高能耗问题。首先,对多FPGAs部件可重构系统的特征进行了建模,包括重构端口受限、资源受限及通信开销等建立了问题模型;接着,基于概率论与统计学的离散方差理论,采用负载均衡思想设计和实现了一种低能耗调度算法MLB。它的原理是通过计算各个FPGA部件的总能耗方差来引导负载的均衡分配。最后,通过模拟仿真实验,将提出的MLB算法分别与贪心算法和最新研究MFIT算法进行了比较,结果表明提出的算法复杂度低、运行速度快,不仅多节约了15%的能量,而且缩短了最大完成时间。

用户可重构系统芯片-U-SoC

随着深亚微米技术(DSM)的不断发展,完全专用的系统芯片(SoC)已经面临新的问题和挑战.本文在研究硅技术发展趋势、硅产品特征循环规律以及硅产业结构演变规律的基础上,提出了一种具有一定'通用'性的用户可重构系统芯片(UserreconfigurableSoC,简称U-SoC),它通过用户重构功能降低新产品的开发成本,缩短上市周期,提高设计效率,从而增强了SoC的适应性和灵活性.研究U-SoC设计方法,对于加速我国微电子产业的发展进程,实现跨越式发展有重要作用.

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。

面向媒体处理可重构系统中数据缓存结构和缓存管理策略优化

研究并提出了一种基于二维访问机制的数据缓存结构（2D Cache）及其更新管理策略．该缓存结构可以在控制硬件存储开销的同时，有效提升可重构系统的数据访存效率．实验结果表明，仅需4 KB的数据缓存开销，可重构系统的访存性能提升了29.16％～35.65％，并且对于不同标准的媒体处理算法都能获得较好的优化效果，具有很好的适应性．芯片实测结果表明，采用所述数据缓存设计方案的可重构系统可以在200 MHz下满足1080p＠30fps的实时解码需求，与国际同类架构相比，性能提高了1.8倍以上．

卡板可重构系统设计及其控制研究

传统整流罩装配型架已经成为产品快速变换和重构后装配的瓶颈,严重地影响整流罩装配周期、生产效率、质量和成本。随着国际发射市场对整流罩需求的不断增长,整流罩的型号规格越来越多,而传统的装配型架只能对应一种型号规格的整流罩,越来越不能满足市场需求。针对传统装配型架的诸多缺点,而可重构系统具有快速的构造能力和统一的集成环境优势,利用其模块化设计原理,设计了装配型架卡板可重构系统,介绍了系统重构的过程和控制原理,经验证系统重构后能够很好地适应多种型号规格整流罩的装配。