[发明专利]基于网络的自适应可重构处理单元阵列系统加速的方法

说明书

技术领域

本发明涉及多核技术领域和可重构技术领域，特别是涉及一种基于网络通信的可重构多核加速程序执行的实现方法。

背景技术

随着计算机制造工艺水平的不断提高，超大规模集成电路技术取得长足进步，多核技术已经成为现行主流的处理器技术。但是随着处理器核的数量的不断增多，如何提高这些核的利用率成为了一个难题。

由于一般应用程序的并行度不高，通常认为处理器通用核的数目超过16个后，增加通用处理核的数目就难以带来性能的提升。

在异构多核处理器中，可以集成一些为特别任务专门定制的专用核，从而能达到定制应用的高性能，但是这种定制异构多核处理器只有在运行所面向的应用时才能获得好的性能，否则性能不通用处理核更低。

可重构技术的出现，使得通用处理器集成基于FPGA的可重构核提供了另一种解决方案。在保留通用处理器适应多数应用的高灵活性的同时，获得了专用处理器的高性能和高效率。同时，可重构核可以通过重配置来支持各种不同类型的应用，从而能更加灵活地应用于各种不同的程序。

但是一个孤立节点没有足够的能力和灵活性去处理有些应用程序。

可重构资源不足：当应用程序所需要的可重构资源超过了一个孤立节点所拥有的，在这种情况下，应用程序的一些请求必需被挂起，直到被占用的可重构资源被释放并且重新配置后才能继续进行，这样一来便降低了性能和效率。

可重构资源的浪费：当应用程序不适合可重构设备，那么节点的可重构资源就被闲置浪费。

频繁重配置的高代价：当应用程序频繁地调用的功能模块不能在可重构设备上同时提供，这需要频繁地将可重构设备上的功能模块进行切换，导致频繁的重配置，从而使得性能和效率下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于网络的自适应可重构处理单元阵列加速方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：

1)原始程序的任务划分：

系统将一个程序分割为能独立运行的任务的集合；

2)搭建基于宏网络的自适应可重构处理单元阵列：

基于网络的自适应可重构处理单元阵列由n个节点组成，n∈[1，2，3…)，每个节点有0-4个通过以太网直接相连接的邻居节点，每个节点由两部分组成，第一部分是一台通用计算机，第二部分是可重构设备NetFPGA；

根据要在可重构设备上执行的任务，初始化可重构设备；

3)任务的分发：

对于任何一个基于宏网络的自适应可重构处理单元阵列中的节点来说，自己为本地节点，其余节点为远程节点；

任务的分发，就是将程序中的任务集合中的任务分发给本地节点的计算资源和远程节点的计算资源；

4)可重构设备功能的改变：

对于n个节点中任意一个节点的可重构设备来说，如果可重构设备资源空闲，并且分配到的任务所需要的逻辑功能模块是当前自己不具备的，那么可重构设备需要重新配置功能模块；

5)任务的执行：

在任务分配之后执行任务，并在任务执行结束后返回执行结果。

所述的搭建基于网络的自适应可重构置处理单元阵列步骤如下：

1)所搭建的自适应的可重构处理单元阵列是基于100Mb或1000Mb传输速率的高速局域网络；

2)所搭建的自适应的可重构处理单元阵列由n个节点组成，n∈[1，2，3…)，其中每一个节点由两部分组成，第一部分是一台通用计算机，第二部分是可重构设备；

3)可重构设备NetFPGA具有4个以太网接口，所以一个节点的可重构设备可以和最多四个其他的节点通过高速局域网络直接连接，进行通信，直接连接的节点称为邻居节点，节点可以通过邻居节点和非邻居节点进行通信；

4)一个节点的两个部分通用计算机和可重构设备的连接方式是通过外设组件互连标准PCI接口连接；

5)定制可重构设备上的控制模块SuperBlock；

6)初始化可重构设备上的功能模块。

所述的可重构设备功能的改变步骤如下：

1)在整个基于网络的自适应可重构处理单元阵列系统开始工作之前，根据要在可重构设备上运行的任务，生成对可重构设备的配置本件；

2)在系统开始工作之后，随着任务的动态分配，当n个节点中任意一个节点的可重构设备要运行的任务所要求的逻辑功能块在可重构设备上不具备，则可重构设备向自己节点的主机发出重配置的请求；

3)在主机收到自己节点的可重构设备发送的重配置请求后，主机调用程序重配置自己节点的可重构设备。