基于FPGA的可重构系统设计

muwu324 · 发表于 2010-9-22 23:04:37

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基于FPGA的可重构系统设计

可重构计算是介于通用处理器和ASIC之间的全新计算解决方案，在计算机视觉、移动设备以及软件无线电等领域有广阔的应用前景。在可重构系统中，硬件模块可以像软件程序一样被动态调用或修改，兼具硬件实现的性能和软件实现的灵活性。可重构操作系统的引入使得硬件模块被抽象为硬件任务，由操作系统对软硬件任务实现统一的管理，从而屏蔽了底层软硬件实现方式的差异，为应用设计人员提供一致、友好的编程接口。

文本以FPGA为基础，对基于模块的动态部分可重构系统展开了研究，并主要完成以下工作：

首先，介绍可重构系统发展现状、基本分类及重构方式，重点介绍基于模块的可重构系统设计流程。

第二，以具备动态可重构能力的Xilinx Virtex—II Pro FPGA为基础，设计一种CPU+FPGA混合体系结构。抽象并统一硬件任务接口，为操作系统对硬件任务的管理提供便利。同时，对混合任务系统的任务通信模式进行了研究，设计并实现了基于共享内存的软硬件任务通信方式。

第三，对硬件任务的配置管理进行了探讨，实现了基于SelectMAP接口的硬件任务的动态配置，缩短了硬件任务切换的时间。

第四，实现了基于Linux的可重构操作系统原型。对Linux操作系统内核进行扩展，提供了硬件任务桩模块，给出硬件任务操作的统一接口，实现了操作系统对软硬件任务的统一管理。为用户硬件进程提供Proc和文件I／O两种数据交互方式，并设计了通信控制器、配置控制器的驱动程序。

关键词：FPGA，部分动态可重构，硬件任务桩，任务通信，可重构操作系统

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