一種面向多個粗粒度動態(tài)可重構(gòu)陣列的數(shù)據(jù)緩存更新系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及嵌入式可重構(gòu)系統(tǒng)領(lǐng)域，具體地，涉及一種面向多個粗粒度動態(tài)可重構(gòu)陣列的數(shù)據(jù)緩存更新系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]處理器與專用集成電路是傳統(tǒng)的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的運算平臺，處理器的特點在于通過執(zhí)行指令集中的相關(guān)指令來完成計算，不去改動底層的硬件環(huán)境。但處理器的運算速度要比專用集成電路慢很多，每個獨立的操作具有更高的執(zhí)行開銷。專用集成電路的特點在于用硬件來實現(xiàn)應(yīng)用的操作具有很高的速度、效率和精度，但其缺陷在于開發(fā)周期太長，代價太高，而且硬件電路一旦制作好以后是不能被隨意改動的。
[0003]FPGA可重構(gòu)技術(shù)的出現(xiàn)，大大改變了傳統(tǒng)的嵌入式設(shè)計的方法，可重構(gòu)計算作為一種新型時空域的計算模式，獲得了越來越廣泛的關(guān)注，其主要的應(yīng)用領(lǐng)域包括多媒體處理、移動通信、數(shù)字信號處理、數(shù)據(jù)加解密等。然而，在軍事目標匹配、大數(shù)運算、聲吶波束合成、基因組匹配、圖像紋理填充、集成電路的計算機輔助設(shè)計等等之中，隨應(yīng)用場合的不同，可重構(gòu)系統(tǒng)對性能的提高程度也大不相同。一般情況下，系統(tǒng)內(nèi)FPGA數(shù)量越多，總體的性能就越好，按系統(tǒng)中FPGA的芯片數(shù)量進行平均，每塊FPGA能使運算速度提高7?30倍，但平均每塊芯片提高的速度倍數(shù)很低。
[0004]隨著計算性能要求的提高，計算復(fù)雜度的越來越高，粗粒度可重構(gòu)架構(gòu)的計算資源也大量增加，使用多個可重構(gòu)陣列來完成這些應(yīng)用，對存儲空間的需求量更是大量增加。然而有些數(shù)據(jù)在一兩個計算周期過后便永不再被訪問，卻依然占用著存儲空間，導(dǎo)致存儲空間利用率降低。因此如何動態(tài)釋放更新存儲空間，提高存儲空間復(fù)用率，成為了提高可重構(gòu)系統(tǒng)計算性能研究中的一個重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種面向多個粗粒度動態(tài)可重構(gòu)陣列的數(shù)據(jù)緩存更新系統(tǒng)，基于傳統(tǒng)的可重構(gòu)單元片上緩存模塊，增加了片上更新仲裁模塊，對片上數(shù)據(jù)的生命周期進行統(tǒng)一管理，提供了一種片上緩存結(jié)構(gòu)的動態(tài)復(fù)用方法，提高了大規(guī)模可重構(gòu)陣列的存儲利用率。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:對傳統(tǒng)的片上初始操作數(shù)寄存器、片上初始常數(shù)寄存器、陣列中間數(shù)據(jù)存儲器和輸出寄存器，分別緊耦合一個自衰減更新仲裁控制器。通過數(shù)據(jù)交互，判斷每一個數(shù)據(jù)的生命是否終止，若終止，則將數(shù)據(jù)更新請求發(fā)送給各個片上緩存單元，完成緩存空間的動態(tài)更新。
[0007]本發(fā)明提供了提供一種面向多個粗粒度動態(tài)可重構(gòu)陣列的數(shù)據(jù)緩存更新系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其結(jié)構(gòu)包括:片內(nèi)外數(shù)據(jù)傳輸控制器，用于仲裁數(shù)據(jù)從外部存儲器寫入可重構(gòu)單元共享存儲器和數(shù)據(jù)從可重構(gòu)單元共享存儲器寫出外部存儲器;可重構(gòu)單元共享存儲器，用于存儲可重構(gòu)陣列運算需要的數(shù)據(jù)，以及可重構(gòu)陣列的計算結(jié)果；可重構(gòu)處理器，包括:可重構(gòu)計算陣列，用于進行算術(shù)邏輯運算。片上緩存模塊，用于存儲可重構(gòu)陣列運算需要的數(shù)據(jù)，以及可重構(gòu)陣列的計算結(jié)果；片上更新仲裁模塊，用于對片上數(shù)據(jù)生命周期進行管理，仲裁緩存更新。
[0008]所述片上緩存模塊，其結(jié)構(gòu)包括:片上初始操作數(shù)寄存器、片上初始常數(shù)寄存器、陣列中間數(shù)據(jù)存儲器和輸出寄存器。所述片上初始操作數(shù)寄存器:用于存儲預(yù)取的可重構(gòu)陣列運算初始操作數(shù);所述片上初始常數(shù)寄存器:用于存儲預(yù)取的可重構(gòu)陣列運算中所需常數(shù)。如LU分解算法運算中用到的消元系數(shù)，F(xiàn)FT算法運算中的旋轉(zhuǎn)因子和FIR算法運算中的濾波系數(shù)等;所述陣列中間數(shù)據(jù)存儲器:用于存放可重構(gòu)陣列計算的中間結(jié)果;所述輸出寄存器，用于存放可重構(gòu)陣列的最終輸出結(jié)果。
[0009]所述片上更新仲裁模塊，其特征在于:四個自衰減更新仲裁控制器分別與片上緩存模塊中的片上初始操作數(shù)寄存器、片上初始常數(shù)寄存器、陣列中間數(shù)據(jù)存儲器和輸出寄存器緊耦合，通過與片上緩存模塊的數(shù)據(jù)交互，對片上數(shù)據(jù)生命周期進行統(tǒng)一管理，仲裁緩存更新。
[0010]所述自衰減更新仲裁控制器，其結(jié)構(gòu)包括:操作數(shù)生命解析單元、邏輯控制單元、數(shù)據(jù)生命周期查找表、仲裁器、數(shù)據(jù)生命周期自衰減控制單元、更新請求發(fā)送單元。所述操作數(shù)生命解析單元:用于解析輸入數(shù)據(jù)的生命周期;所述邏輯控制單元:用于仲裁輸入輸出請求;所述數(shù)據(jù)生命周期查找表:用于存放寄存器數(shù)據(jù)生命周期;所述仲裁器:用于仲裁輸入數(shù)據(jù)生命是否為零;所述數(shù)據(jù)生命周期自衰減控制單元:用于完成數(shù)據(jù)生命周期查找表的自動更新;所述更新請求發(fā)送單元:用于輸出對存儲單元數(shù)據(jù)進行更新的請求。
[0011]—種面向多個粗粒度動態(tài)可重構(gòu)陣列的數(shù)據(jù)緩存更新系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于包含以下步驟:
(I)從外存中讀取計算陣列所需的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)分成操作數(shù)和常數(shù)兩類，其中操作數(shù)寫入相應(yīng)的片上初始操作數(shù)寄存器內(nèi)，常數(shù)寫入相應(yīng)的片上初始常數(shù)寄存器內(nèi)；
(2 )自衰減更新仲裁控制器讀取片上初始緩存單元數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)生命是否結(jié)束，仲裁緩存更新；
(3)可重構(gòu)陣列進行邏輯運算操作，若計算結(jié)果非最終輸出結(jié)果，且需要進行共享或多次使用，則寫入陣列中間數(shù)據(jù)存儲單元；
(4)自衰減更新仲裁控制器讀取陣列中間數(shù)據(jù)存儲單元的數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)生命是否結(jié)束，仲裁緩存更新；
(5)若可重構(gòu)陣列的計算結(jié)果為最終輸出，則寫入輸出寄存器；
(6)自衰減更新仲裁控制器讀取輸出寄存器的數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)生命是否結(jié)束，仲裁緩存更新；
可重構(gòu)系統(tǒng)中自衰減更新仲裁控制器的結(jié)構(gòu)，其特征在于:它為可重構(gòu)系統(tǒng)片上緩存單元的動態(tài)復(fù)用提供了一種實現(xiàn)方法。對片上各緩存單元分別緊耦合一個自衰減更新仲裁控制器，從而對數(shù)據(jù)生命周期進行統(tǒng)一管理。陣列所需的每一個操作數(shù)、常數(shù)以及計算結(jié)果的生命周期都由軟件運行得到，形成一張數(shù)據(jù)生命周期查找表，存放在外存中，通過自衰減更新仲裁控制器訪問和維護更新該表?？刂破髦械臄?shù)據(jù)生命周期自衰減控制單元每經(jīng)過一個計算周期都自動更新查找表，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)生命值減I。這種動態(tài)生命周期管理模式在相當(dāng)程度上提高了存儲空間的利用率。
【附圖說明】
[0012]附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本人發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
圖1為多陣列可重構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架圖；
圖2—種面向多個粗粒度動態(tài)可重構(gòu)陣列的數(shù)據(jù)緩存更新系統(tǒng)框圖，以4陣列可重構(gòu)系統(tǒng)為例；
圖3為自衰減更新仲裁控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖；
圖4為多陣列可重構(gòu)系統(tǒng)的算法處理流程圖；
圖5為自衰減更新仲裁控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)流圖。
【具體實施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明一種面向多個粗粒度動態(tài)可重構(gòu)陣列的數(shù)據(jù)緩存更新系統(tǒng)進行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的數(shù)據(jù)緩存更新系統(tǒng)實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0014]圖1為嵌入式多陣列可重構(gòu)的框架結(jié)構(gòu)。其包括片內(nèi)外數(shù)據(jù)傳輸控制器，用于仲裁數(shù)據(jù)從外部存儲器寫入可重構(gòu)單元共享存儲器和數(shù)據(jù)從可重構(gòu)單元共享存儲器寫出外部存儲器;可重構(gòu)單元共享存儲器，用于存儲可重構(gòu)陣列運算需要的數(shù)據(jù)，以及可重構(gòu)陣列的計算結(jié)果;可重構(gòu)處理器，包含多個可重構(gòu)陣列和片上緩存單元，用于進行算術(shù)邏輯運算。
[0015]圖2為面向多個粗粒度動態(tài)可重構(gòu)陣列的數(shù)據(jù)緩存更新系統(tǒng)框圖，以4陣列可重構(gòu)系統(tǒng)為例。如圖2所示，該緩存結(jié)構(gòu)包括:片上常數(shù)存儲單元一一片上初始常數(shù)寄存器，該寄存器從外部存儲器中讀取常數(shù)數(shù)據(jù)，并寫入可重構(gòu)陣列中；片上操作數(shù)存儲單元一一片上初始操作數(shù)寄存器，該寄存器從外部存儲器中讀取操作數(shù)數(shù)據(jù)，并寫入可重構(gòu)陣列中；陣列中間數(shù)據(jù)存儲器，用于存放陣列計算的中間結(jié)果；輸出寄存器:用于存放最終的的輸出結(jié)果；自衰減更新仲裁控制器，該仲裁器通過與片上緩存單元的數(shù)據(jù)交互，動態(tài)管理緩存單元數(shù)據(jù)的生命周期，仲裁該數(shù)據(jù)更新。
[0016]圖3為自衰減更新仲裁控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。如圖3所示，該自衰減更新仲裁控制器包括:操作數(shù)生命解析單元，邏輯控制單元，數(shù)據(jù)生命周期查找表，仲裁器，數(shù)據(jù)生命周期自衰減控制單元，更新請求發(fā)送單元。操作數(shù)生命解析單元，用于解析輸入數(shù)據(jù)的生命周期;邏輯控制單元，用于仲裁輸入輸出請求;數(shù)據(jù)生命周期查找表，用于存放存儲單元數(shù)據(jù)生命周期；仲裁器，用于仲裁輸入數(shù)據(jù)生命是否