PDF《电子器件》

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1 重构方式及 其定义 重构可分为静态重构和动态重构两种, 前者是 指断开先前的电路功能后重新下载存贮器中不 同 的目标数据来改变 目标系统逻辑功能, 后者则在改 变电路的功能同时仍然保证 电路 的动态接续.常规SRAMFPGA都可实现静态重构 , 随着其产品和 技术的相对成熟 , 动态重构 F P G A的设计理论和设 计方法已经逐渐成为新的研究热点. 动态重构技术 目前主要是指对 于特定 的基于 S R A M结构的 F P G A, 在一定的控制逻辑 的驱动下, 对芯片的全部或部分逻辑资源实现在系统的高速 的功能变换和时分复用.就其实现重构的面积不 ∞0

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0 ∞ 百口0口口0 维普资讯 http://www.cqvip.com 第2期覃祥菊 , 朱明程等 : F P G A动态可重构技术原理及 实现方法分析

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9 同, 又可以分为全局重构和局部重构. ① 全局重 构:对FPGA器件或 系统能且 只能进 行全部的重新配置, 在配置过程 中, 计算 的中间结 果必须取出存放在额外 的存储区 , 直到新的配置功 能全部下载完为止 , 重构前后电路相互独立 , 没有 关联.通常, 可 以给 F P G A串连一个 E P R O M来存 储配置数据 , 实现前后功能的转化. ② 局部重构 : 对重构器件或系统 的一部分进 行重新配置 , 而在此过程中, 其余部分 的工作状态 不受影响.这种重构方式减小 了重构范 围和单元 数目, 从而可 以大 大缩 短 重构 时间,占有 相 当的优 势.2.2几种典型 的动态 可重构 F P G A结构分 析 期望在 F P G A内部 完 成动 态 重构 过程,必须借 助可动态 重构的FPGA, 动态可重构 F P G A在器 件 编程结构上具有专 门的特征.现 已经提 出好几种 动态可重构 F P G A结构 , 比较有代表性的主要有以 下几种 . ① M1 芯片所谓 M1 芯片是 美国California大 学的Morpho―ingSystem工程提 出的一种粗粒度、 多重 c o n t e x t 可 重构结构L

4 J .如图 2所示 , 它 由可重构元胞 阵列 ( R C ) , 处理器核( T i n y ― R I S C ) , 帧缓 冲器( F B ) 及数据 存储器( D M) 组成. 图2M1的 内部 结构其核心是一个 由64个 R C排成网格状 R C阵列,每个 R C的结构就和处理器 的数据通道一样 , 只是本身没有控制单元 , 其控制信息包含在 C o n t e x t 中.如图

3 所示 , 每个 R C一个乘法运算单元 ( A L U ― M u L T ) 、 两个多路选通器 ( M U X A、 M U X B ) 和一个 移位单元.两个多路选通器 为运算单元选择输人 信号 , 移位寄存后输出, 并产生一个寄存文件, 反馈 给多路选通器.C o n t e x 实际是一些二进制代码 , 其 内容决定了 R C要完成的功能. 图3RC内邢 结构控制部分是一种精简指令集计算机处理器 , n ― n y R I S C , 控制着整个芯 片的配置和全局的数据流, 为了实现对本芯片上的特殊控制, 对其指令系统已 经做了扩展. 运行中, 在 指令控制下将要执行相应功能 的context信息从 C M装载 到RC中, 并调用相应的单 元动态 的配置 数据 , 同时, 装载 下一配 置数据到 c o n t e x t 存储器.F B 分为两个组, 当RC阵列在处理 F B中的一组数据 时, D M A控制器交换外部存储器 和另外 一组 间 的数据.如果计 算 和数据 的转移 ( R A M一>

F B ) 在FB的不同组间执行 , 则他们在时 间上相互覆盖.D MA控制器 同样也能够实现外部 R A M和context存储器间的数据转移. 现已经提出 M1 的一种改进结构 M