可重构技术发展现状与趋势

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1、可重构技术综述摘要本文建立在阅读多篇国内外可重构文献的基础上，对可重构技术在国内外的现状及趋势作出了较全面的综述，目前可重构主要有硬件可重构和软件可重构，而硬件可重构又可具体化分为基于FPGA、基于XPP和基于芯片的可重构，软件可重构可具体化为基于模块代理与模块实现相分离和基于控制计划程序的可重构等。关键字:可重构硬件软件模块1绪论早在1991年，BradfordK.Clark[20]（美国海军武器中心导弹软件分部）就提出了重构，并指出重构的主要目标是在嵌入式系统中通过模块化和可移植性来实现模块的重复利用

2、，以降低开发成本和缩短开发周期。现在，随着各学科分工越来越细，对计算机资源的需求日趋复杂，特别是近年来网络的普及通信技术和多媒体技术的飞速发展，使得各种各样的计算密集型多媒体应用和加解密应用对硬件环境的要求越来越高，既要求硬件环境能够适应各种不同的应用，还要保证对各种应用的实时处理速度。在RISC上增加SIMD功能单元技术在普通的应用中取得了很好的效果，但对于目前的嵌入式应用中算法越来越复杂越来越多样化，增加单一特定功能单元的通用处理器上的方案就显得力不从心，对软件和硬件的重构也就显得越来越重要，本文将对

3、国内外可重构技术的现状及其发展趋势作详细的描述。2硬件可重构对硬件进行可重构不但能满足应用中灵活多变的需求，而且能达到近乎ASIC(Application-SpecificIntegratedCircuit)的速度，因此越来越广泛的被应用。文献[21]按解决问题的层次不同将可重构分为4类：(1)门级可重构。从基本门级人手重构计算系统．即将功能部件的逻辑用FPGA实现，当应用算法改变时，通过改变FPGA的配置来改变其功能．这种重构也称为电路级可重构。(2)部件级可重构。早期的重构从功能部件人手，通过对功能部

4、件的重新组合来适应不同的计算需求。(3)指令级可重构。在标准处理器单元的基础上增加专用的计算设备，为通用计算提供特殊的计算支持，以实现大计算量指令和子程序的执行，这种提高通用计算机性能的重构方法称为指令级可重构。(4)芯片级可重构。在多处理器互连的基础上，使处理器位数可变、处理器个数可变或处理器间互连可变的计算机结构，称为芯片级可重构或结构级可重构。本文将依据硬件可重构的实现技术不同将其分为3类：(1)基于FPGA的可重构。(2)基于XPP技术的可重构。(3)针对芯片设计的可重构。2.1基于FPGA的可重

5、构FPGA是一个通用器件，由逻辑单元矩阵和逻辑单元之间的互连网络组成。逻辑单元的功能和互连网络的连接关系可以通过下载到FPGA上的配置数据改变，配置数据可通过硬件描述语言进行编程。基于FPGA的可重构广泛应用于数字信号处理、图像处理、位操作、压缩和加密等。图1.FPGA体系结构[19]FPGA体系结构如图1所示，由SB(SwitchBoxes)，CB(ConnectionBoxes)，CLB(ConfigurableLoigcBlock)阵列构成，每个CLB中包含有SRAM查找表(LUTs)用于存储用户定

6、义的具有特定功能的真值表，根据输入查找LUT从而得到组合逻辑的输出。CBs路由CLB的输入输出到邻近的连线中，SBs连接水平或垂直的连线，CB和SB都是可编程点，通过对其对应的SRAM单元进行配置就可实现期望的功能。可重构硬件的配置数据被垂直或水平地分成配置帧，配置帧是配置的最小单位，将配置数据划分成帧满足了部分重构的前提。在所有其他CLB都运行的情况下允许部分CLB进行灵活地独立配置，从而实现运行时可重构。由于芯片的可靠性和产品面市时间对于保证在市场竞争中取得成功的重要因素，芯片设计者们不断地寻求缩短设

7、计周期和提高可靠性的方法，而资源复用能很好地满足这两个目标。资源复用也是可重构技术的目标之一，在FPGA中主要通过IP(intellectualproperty)资源复用来实现资源的重复利用。IP资源复用是指在集成电路设计过程中，通过继承、共享或购买所需的智力产权内核，然后再利用EDA工具进行设计、综合和验证，从而加速流片设计过程，降低开发风险。IP资源复用已逐渐成为现代集成电路设计的重要手段，在日新月异的各种应用需求面前，超大规模集成电路设计时代正步入一个IP整合的时代。IP核是IP复用的载体和核心内容

8、，基于应用需求、规范协议和行业标准的不同，IP核的内容也是千差万别的。但是，为了使IP核易于访问和易于集成，其设计必须遵循一定的规范和准则。在IP核的开发方面，许多开放性的团体都付出了巨大的努力来推动各种IP核的开发和IP复用理念的推广，他们不仅开发了许多开放源代码的IP核，涵盖了处理器IP、处理器外设控制器IP、算术运算单元IP、DSP算法IP等方面，而且编写了详细的IP核编码风格和项目模板，并倡导了一种总线标准wishbo