[发明专利]一种可重构器件片上面积管理优化方法

说明书

本发明公开了一种可重构器件片上面积管理优化方法。本发明采用了可重构器件的四类顶点作为候选位置，通过其中某一种顶点来找到合适的空闲区域作为面积分配的对象，并通过顶点来合并已经执行完的任务所使用的面积。本方法实现了快速高效的片上面积管理和候选位置的选择，能够更为有效的进行可重构器件片上面积的管理。

技术领域

本发明涉及可重构技术领域，特别是涉及一种可重构器件片上面积管理优化方法。

背景技术

可重构计算被视为能够将传统处理器的高度灵活性与ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)所具有的高处理效率进行结合的有效解决方案。由于可重构体系结构具有较好的适应性，针对不同应用能够通过不同粒度的并行来加快处理速度。在可重构设备中，FPGA(Field－Programmable Gate Array)是最广泛使用的可重构器件。动态可充配置的FPGA是实现硬件级别多任务的重要基础。此类FPGA的处理区域通常划分成不同的子块，可配置逻辑块(Configurable Logic Block，CLB)。此外，还包括了输入输出块(I/O块)和可编程互连网络(又称连线，Routing)。CLB是实现用户功能的基本单元，通常排列成一个阵列，散布整个芯片；I/O块是片上逻辑与外部封装管脚的接口，通常围绕分布在CLB阵列四周；可编程互连网络包括各种长度的连线和一些可编程连接开关，它们将CLB或I/O块连接起来，实现特定功能的电路。

这些子块分属于不同的硬件任务。当新的硬件任务达到时，需要为该硬件任务分配一个空闲的子块，同时其他的既存硬件任务不能受到影响。如果一个硬件任务执行完成，那么该任务所占据的子块应当被释放，并作为候选子块以备其他硬件任务的使用。在重分配期间，没有任何的其他硬件任务会受到影响，多个硬件任务可以共享整个处理区域。可见，通过对子块的重新利用，动态重配置能够提高FPGA的利用率。并行任务的数据仅仅受到FPGA容量的限制。然而子块的动态分配和替换操作会带来额外时间损耗。硬件任务的复杂化和重定位的频繁发生，导致了重配置代价的增加。因此，通过对重配置的资源映射进行高效管理以改善重构的性能就变得非常重要。

在线的FPGA分配是减少重配置代价的重要方向。FPGA的高度碎片化会导致相当差的配置结果：在有足够空闲面积的情况下，却由于碎片化问题造成硬件任务不能在片上进行配置。在线的FPGA分配用于确定怎样将硬件任务分配到可重构平台的恰当区域，从而能够更好的利用可重构FPGA。Bazargan等人提出了针对2D PRTR FPGA的bin-packing在线分配方法。该方法以可重配置计算系统的模型建立为基础，通过对经典算法的扩展来进行在线的实际分配；其中最大空闲方块(Maximum Empty Rectangles,MER)的大小是Ω(n2)。Walder等人提出了使用哈希-矩阵数据结构来对空闲区域进行管理，并设计了在线分配算法。该方法是既有方法的一种改进，其改进之处在于可用处理区域的实际分裂时间被推迟，从而能够提高分配的质量。Ahmadinia等人所提出的方法与Bazargan等人提出的方法相似。这两种方法的主要差别在于所管理的处理区域(processing-area)：Ahmadinia方法用于管理已占用的区域，而Bazargan方法则用于管理空闲区域。这两种方法具有相同的复杂度，在进行数据结构管理时也非常耗时，所需要的时间复杂度函数是非线性的。