可重構(gòu)計(jì)算的操作系統(tǒng)支持研究.pdf

1、可重構(gòu)計(jì)算已經(jīng)成為一種能兼顧設(shè)計(jì)靈活性與性能的計(jì)算模式。對(duì)這種新計(jì)算模式的普遍應(yīng)用與開(kāi)發(fā)需要對(duì)底層平臺(tái)細(xì)節(jié)的抽象,提供給開(kāi)發(fā)人員統(tǒng)一的視圖,此外還需要對(duì)可重構(gòu)資源進(jìn)行有效的管王里以提高利用率。通常情況下,抽象和資源管理都是由操作系統(tǒng)提供的服務(wù),因此有必要研究可重構(gòu)計(jì)算的操作系統(tǒng)支持。本文主要在該課題上開(kāi)展了部分研究,并主要完成了以下工作:
　　 首先,在對(duì)可重構(gòu)計(jì)算的歷史進(jìn)行簡(jiǎn)單的回顧后,針對(duì)目前已經(jīng)報(bào)道的可重構(gòu)計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行了簡(jiǎn)

2、要分類,接著對(duì)系統(tǒng)的重構(gòu)方式以及縮短重構(gòu)時(shí)間的手段進(jìn)行了總結(jié)。然后簡(jiǎn)要介紹了FPGA的島狀模型以及設(shè)計(jì)流程。
　　 第二,在分析軟硬件任務(wù)本質(zhì)區(qū)別的基礎(chǔ)上,提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于統(tǒng)一多任務(wù)模型的RTOS,稱為SHUM-UCOS。它能跟蹤和管理可重構(gòu)資源的使用,通過(guò)硬件任務(wù)預(yù)配置技術(shù),提高資源利用率和任務(wù)并行性。定義了兩種標(biāo)準(zhǔn)硬件線程接口,對(duì)總線型和星型通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)支持。試驗(yàn)表明,SHUM-UCOS能夠在提升系統(tǒng)性能的同時(shí),有效縮減

3、從軟件實(shí)現(xiàn)到硬件實(shí)現(xiàn)的遷移時(shí)間。
　　 第三,對(duì)于可重構(gòu)計(jì)算中的硬件任務(wù)劃分問(wèn)題,在節(jié)點(diǎn)面積和任務(wù)通信約束條件下,提出了一種基于簇的層次敏感的LSCBP劃分算法。該算法是一種列表算法,按照依賴優(yōu)先、最早最先和碎片利用三原則構(gòu)造了啟發(fā)函數(shù)As_Level,能跟蹤節(jié)點(diǎn)分配過(guò)程并進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。該算法克服了CBP算法機(jī)械選取節(jié)點(diǎn)進(jìn)行劃分的缺點(diǎn),同時(shí)算法復(fù)雜度也增大到D{|V|2+|E|}。對(duì)隨機(jī)生成的任務(wù)圖(節(jié)點(diǎn)數(shù)小于250)的劃分試驗(yàn)

4、表明,對(duì)于相同的DAG圖,LSCBP算法能比BCP算法獲得更少的任務(wù)簇(可重構(gòu)資源需求量)和簇間有向邊(通信代價(jià))。
　　 第四,對(duì)于硬件任務(wù)劃分問(wèn)題,為了得到更好的劃分結(jié)果,并在算法運(yùn)行時(shí)間和解的質(zhì)量之間取得更好的平衡,提出隨機(jī)構(gòu)造技術(shù)與遺傳算法相融合的PCGA(Probabilistic Constructive Genetic Algorithm)劃分算法?；舅枷胧抢秒S機(jī)構(gòu)造技術(shù)能夠快速構(gòu)造高質(zhì)量解群體的優(yōu)勢(shì),產(chǎn)生遺傳

5、算法的初始種群,然后利用遺傳算法群體性和全局搜索能力進(jìn)行解的進(jìn)一步優(yōu)化。對(duì)于DFG圖劃分問(wèn)題,結(jié)合列表法設(shè)計(jì)了隨機(jī)構(gòu)造算法,并定義了劃分結(jié)果多樣性的量化度量方法,從而保證了初始解群體的質(zhì)量與多樣性。對(duì)于具有20～100個(gè)節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)任務(wù)圖的劃分結(jié)果表明:該算法在求解質(zhì)量上高于列表算法；在同等解質(zhì)量的情況下,比隨機(jī)產(chǎn)生初始群體的遺傳算法運(yùn)行時(shí)間提高一倍以上,并且劃分問(wèn)題規(guī)模越大,優(yōu)勢(shì)越明顯。
　　 最后,研究了硬件任務(wù)的動(dòng)態(tài)定位與調(diào)