[发明专利]基于大规模粗粒度嵌入式可重构系统及其处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及嵌入式可重构系统领域，尤其涉及应用于雷达、通信等对实时性要求高且需要高性能的一种基于大规模粗粒度嵌入式可重构系统及其处理方法。

背景技术

长期以来，人们使用软件或硬件的方法来实现电子系统中的计算工作。软件的实现方法，主要特征是在由通用处理器(CPU或DSP)、内存和部分简单的外设组成的电子系统里，通过软件程序实现大部分的逻辑处理和运算功能；软件方法开发较单、灵活性高、易升级，但通常运行速度慢、效率低。硬件的实现方法，主要特征是由专用集成电路(ASIC)完成系统主要的计算工作。其开发周期长，缺乏灵活性，难以升级，但是可为目标任务特别定制，运行效率高、速度快。随着可重构技术的出现，运算任务被高效的映射到硬件资源上，从而避免了软件方式执行的缺陷，保证了执行的高并行度，同时能够根据应用变化通过配置改变其功能，实现了硅后重构的灵活性。

目前国内外已研究有多种可重构系统，如ReMAP错误！未找到引用源。、MORA错误！未找到引用源。、MorphoSys、ADRES、XPP-III、MORPHEUS和REMUS等。当傅里叶变换算法在现有的可重够系统上映射时，虽然输入A和输入B可被同时传输至可重构阵列基本运算单元，但是输入A在第3个计算周期才被使用，这样使得下一次的输入需要等待3个周期才可以进行，产生了流水气泡，使得蝶形运算单元执行效率较低。当傅里叶变换算法在可重构阵列上运算至最后两阶时，计算中的数据需要将结果进行写回，从而增大了可重构阵列间的数据传输量，造成数据访问延迟，严重影响系统的性能。

针对相关研究中数据运算时产生的流水气泡以及可重构阵列间的数据传输量增大的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种基于大规模粗粒度嵌入式可重构系统及其处理方法，其利用可重构技术的并行性执行指令、中间结果可流水式不间断操作、运算模块独立可配置等优点，针对快速傅里叶变换这种通用性强，数据量大的算法进行运算，能够在支持一定灵活度的同时，提供足够的计算能力。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于大规模粗粒度嵌入式可重构系统,其包括：系统总线、控制总线、嵌入式微处理器、系统中断控制器、片外同步动态随机存储器、可重构处理器和重构控制单元；其中，将进行快速傅里叶变换运算的N点信号长度分解成M阶蝶形运算，然后映射到所述可重构处理器上，形成数据流图，其中，4千点≤N≤1兆点；

通过所述嵌入式微处理器启动所述重构控制单元，将配置信息从所述控制总线上发送到所述可重构处理器，控制所述可重构处理器开始进行加速型运算，当所述可重构处理器完成当前任务后，通过所述系统中断控制器发送中断信号给所述嵌入式微处理器，以完成后续功能。

所述系统中断控制器与系统总线之间的连接是双向的，用于向可重构处理器发送中断请求信号，由嵌入式微处理器响应。

所述系统总线用来连接各功能部件如嵌入式微处理器、系统中断控制器、片外同步动态随机存储器、可重构处理器和重构控制单元而构成一个完整的可重构系统，具体的，用于传送数据信息和配置信息，其中与各功能部件的连接是双向的，片外同步动态随机存储器发送配置信息至系统总线是单向的。

所述控制总线，用于单向传递配置信息，通过嵌入式微处理器启动所述重构控制单元，将配置信息从所述控制总线上发送到所述可重构处理器，则可重构处理器开始进行运算。

优选地，所述可重构处理器包含可重构阵列、可重构阵列信息配置模块、片上数据传输网络和片上数据传输网络信息配置模块；其中，所述可重构阵列信息配置模块用于配置所述可重构阵列运算时相应的数据输入、运算控制、数据输出、可重构阵列循环次数、运行周期和配置信息的切换；所述片上数据传输网络信息配置模块用于片上数据传输网络的功能配置。

优选地，可重构处理器包括4个可重构阵列同时运算；每个所述可重构阵列由6行8列的二维基本运算单元构成，数据从上一层的所述基本运算单元传输到下一层；其层间互联采用直连线，上一层的所述基本运算单元可以与下一层的与其正对的及向两侧偏移2个的所述基本运算单元互联。