[发明专利]异构多核可重构混合系统中的中间件系统及任务执行方法

说明书

技术领域

本发明属于片上多核计算平台的中间件技术领域，具体涉及一种异构多核可重构混合系统中的中间件系统及任务执行方法。

背景技术

动态可重构又被称为运行时可重构(Run Time Reconfiguration)，是指在运行时进行重构，即程序执行时为可重构硬件注入或换出不同的配置信息，实时地改变硬件的结构，以适应不同的硬件算法，从而具有更高的芯片利用率和系统运行效率。

在上世纪90年代末，先后出现了几种用于特定领域，基于定制可重构硬件的动态可重构系统。PipeRench是CMU提出的一种流水化粗粒度可重构系统，其研发始于1997年，并于2002年流片成功。将一个任务分成若干流水阶段，能使可重构硬件运行超过其存储规模的虚拟任务。其缺点是应用范围固定，且每个流水级只能是当前状态和上一个流水级的函数。Morphosys采用粗粒度结构，深度可编程，其上下文达32个，缺点是配置不够灵活，只能应用于图像处理的某些任务。类似的项目还有Paddi，Cameron，Chess Array，Rapid等，它们都在扩展性，通用性方面遇到一定的困难。

目前，动态可重构系统中除了可重构芯片外，往往还包含一个或者若干个通用处理器，它用于处理资源管理、重构等任务。通常称这种系统为异构多核可重构混合系统。在这种系统中，如何对硬件进行抽象，并对用户提供访问接口和编程模型是目前需要解决的难题。

一般说来操作系统位于硬件的上层，提供了一定的抽象，可以简化应用程序的开发，在操作系统环境下，应用不再是孤立的个体。操作系统提供与应用相独立的各种服务(如：FIFO缓冲区、定时器、信号量、驱动程序等)供用户调用，而用户提交的任务在一个更高的层次上实现应用相关的特定功能。可重构硬件(尤其是部分可重构FPGA)可以看作与ISP平等的异构计算资源，通过为其设计操作系统，能够加快混成系统的开发进度，缩短上市时间，降低开发成本，增强系统可移植性和灵活性，降低设计复杂度和维护难度，更能有效支持动态可重构混成系统中的多任务、多用户环境，提高可重构芯片的利用率和配置速度，从而达到充分发挥计算能力的目的。自从动态可重构系统出现以来，尤其是随着混成系统的广泛应用，国内外已经有许多学者在这个领域进行了探索性的研究。

由于可重构混成操作系统的概念近几年才被提出，目前还存在较多的问题需要进一步探索和研究。本发明因此而来。

发明内容

为了克服背景技术中存在的不足，本发明的一个目的在于提供一种异构多核可重构混合系统中的中间件及任务执行模型，其包括一个应用程序管理层，一个任务划分与调度层，驱动与输入/输出层，以及通讯接口层所构成。本发明提出的异构多核可重构混合系统中的中间件，能够为异构可重构混合系统提供任务划分调度等中间件支持，从而提高任务的执行效率。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种异构多核可重构混合系统中的中间件系统，其特征在于所述中间件系统包括向用户提供应用程序的运行环境和编程接口的应用程序管理层、负责进行任务的划分、映射和运行时调度的任务划分与调度层、集成了多种IP核的驱动与输入和输出接口的驱动与输入/输出层以及通讯接口层；所述应用程序管理层提供应用层需要的应用程序接口与运行时库；所述任务划分与调度层通过任务划分模块、映射模块与调度模块对任务请求进行划分调度处理；所述驱动与输入/输出层集成硬件驱动利用FPGA平台的硬件资源；所述通讯接口层负责进行可重构硬件平台之间的数据传输。

优选的，所述通讯接口层包括硬件接口、软件接口以及可重构接口；硬件接口用于微处理器和硬件IP核之间的通信，并通过中断控制器检测互连的中断请求；软件接口用于两个微处理器之间传输信息；可重构接口用于IP核的比特流的重新配置。

优选的，所述应用程序管理层集成运行时分析模块以监测和剖析应用程序。

本发明还提供了一种异构多核可重构混合系统中的中间件系统的任务执行方法，其特征在于所述方法包括以下阶段：

(1)变量分配阶段：针对每个需要执行的任务，获取其输入和输出参数变量，并将其保存到内部存储缓冲中；

(2)任务划分阶段：针对每个任务，确定运行的目标计算单元；

(3)任务执行阶段：将任务通过互联核通信机制将任务发送到混合系统中的计算单元中；

(4)任务同步阶段当任务执行完毕之后，进行同步，并将结果返回用户。

优选的，所述方法变量分配阶段时每个任务的操作数分配一个表项；如果该表中没有目前的变量，则变量将被隐式重命名一个内部变量。