專利名稱：基于掃描線方法的查找fpga芯片空白區(qū)域的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種查找可重構(gòu)設(shè)備FPGA空白區(qū)域的方 法，可用于在基于FPGA的可重構(gòu)系統(tǒng)中查找FPGA的連續(xù)矩形區(qū)域。
背景技術(shù)：
近幾年來，隨著可重構(gòu)設(shè)備的進(jìn)步與發(fā)展，基于可重構(gòu)設(shè)備FPGA的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)逐漸成為計(jì)算機(jī)中最流行的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之一。FPGA可重構(gòu)設(shè)備是由許多邏輯單元 組成的門陣列，正確高效地分配該設(shè)備的區(qū)域供硬件任務(wù)進(jìn)行配置是基于FPGA的可 重構(gòu)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有效的資源共享、協(xié)同和保障性能的關(guān)鍵。當(dāng)前，應(yīng)用較廣的基于 FPGA的可重構(gòu)系統(tǒng)大多采用一下兩種
1、 樓梯查找方法SA。該算法是由Handa等人提出的，他們將最大空白矩形區(qū)域 MER定義為不包含在其他它空白矩形區(qū)域的最大矩形區(qū)域。首先找到所有的最大樓 梯，在這些樓梯中每個(gè)樓梯至少包含一個(gè)最大空白矩形區(qū)域MER;然后從這些樓梯中 抽取出所有的最大空白矩形區(qū)域MER，組織成一系列的最大空白矩形區(qū)域MER，這樣 方法最大缺陷就是存在重復(fù)查找問題。
2、 掃描線查找方法SLA。這種算法是一種將空白區(qū)域組織成一系列MER的算法， 不同于樓梯查找算法的是它并沒有査找樓梯的中間過程。
在SLA中每個(gè)硬件任務(wù)占據(jù)一個(gè)矩形區(qū)域，由四元組(x， >;， vv， /0表示。力
是該矩形區(qū)域左下角單元的坐標(biāo)，而(w， /o是該矩形用單元數(shù)來計(jì)算的寬度和高度。
使用一個(gè)二維矩陣M[W+1][H]來表示該FPGA區(qū)域，如圖l。如果二維矩陣的第z'行第 y列的元素M[i][j]所對應(yīng)的單元CLB沒有被使用，則M[Z][/]為從該單元起向左所查找 到的連續(xù)空白單元數(shù)，否則MW[/]為0。關(guān)鍵單元KE是指這樣的空白單元CLB:右邊 的單元CLB已被使用，或者是處于FPGA右邊界上。 一條掃描線SL包含1個(gè)或多個(gè) KE，因此有1個(gè)或多個(gè)被使用的單元CLB在其右側(cè)。在SL上如果有一個(gè)單元CLB， 它的上一單元的M值要大于它的M值并且其下單元的M值在一定區(qū)間內(nèi)也是遞增的， 那么該CLB被稱之為谷點(diǎn)VP。如果在該掃描線上有w個(gè)谷點(diǎn)，則在垂直方向上可以將 其分成"+l個(gè)段。在每個(gè)段上M值最大的關(guān)鍵單元KE是一個(gè)最大關(guān)鍵單元MKE，如 在圖1中，第5列是一個(gè)掃描線SL，單元(5， 9)和(5， 6)是谷點(diǎn)，掃描線上的單元(5，7)和(5， 3)是最大關(guān)鍵元素MKE。
對于每個(gè)最大關(guān)鍵元素MKE，以其M值到l分別作為查找寬度w，首先在該最大 關(guān)鍵元素MKE正上方向左查找寬w的連續(xù)空白區(qū)域，如果能找到這樣的區(qū)域，則繼續(xù) 直到找不到這樣的空白區(qū)域或到達(dá)FPGA中的上界為止。并用to/ 記錄當(dāng)前査找的垂直 坐標(biāo)。然后在該最大關(guān)鍵元素MKE正下方向左查找寬vv的連續(xù)空白區(qū)域，如果能找到 這樣的區(qū)域，則繼續(xù)直到找不到這樣的空白區(qū)域或到達(dá)FPGA中的下界為止。并用 6o"om記錄當(dāng)前査找的垂直坐標(biāo)。這樣在top和6o,tow之間的寬w的空白區(qū)域被稱為 一個(gè)最大空白矩形區(qū)域MER ，該最大空白矩形區(qū)域厘￡11可以用四元組表示為(/-^+1， 6o"om， w， to/ -6o加w+l)。然而，當(dāng)以w-l作為査找寬度后進(jìn)行查找得到的空白區(qū)域 的top值和6Wtom值都與上一次查找相同時(shí)，則該查找所得的空白區(qū)域并不是一個(gè)最 大空白矩形區(qū)域MER。圖2展示了在最大關(guān)鍵元素MKE(5， 3)處的查找過程。以『4 作為查找寬度可得to;^4， 6o om=3，空白區(qū)域(2， 3， 4， 2)，該區(qū)域不為任何矩形空 白區(qū)域^f覆蓋所以它是一個(gè)最大空白矩形區(qū)域MER。而以 =3作為查找寬度可得 top=4， to"om=3，空白區(qū)域(3， 3， 3， 2)，該區(qū)域?yàn)樯弦淮螙苏宜玫淖畲罂瞻拙匦?區(qū)域MER所包含，所以不是一個(gè)最大空白矩形區(qū)域MER。這就是一次不必要的查 找，也就是掃描線方法SLA中的冗余現(xiàn)象。圖3展示了在最大關(guān)鍵元素MKE(5， 7)處 的查找過程。以 =2作為查找寬度可得/0;7=8， 6o om=3，空白區(qū)域(4， 3， 2， 6)，該 區(qū)域不為任何矩形空白區(qū)域所覆蓋，所以它是一個(gè)最大空白矩形區(qū)域MER。在圖2中 看到，在MKE(5， 3)處以K^2作為査找寬度同樣可得最大空白矩形區(qū)域MER(4， 3， 2， 6)，這就是SLA中的重復(fù)現(xiàn)象?？梢?，這種掃描線方法SLA雖然査找簡單，靈活， 容易實(shí)現(xiàn)。但是仍然存在冗余和重復(fù)査找的問題，因此使得整個(gè)查找過程的效率較 低，進(jìn)而影響基于FPGA可重構(gòu)系統(tǒng)整體的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種可重構(gòu)系統(tǒng)中查找空白區(qū) 域的方法，以避免查找空白區(qū)域的重復(fù)和冗余，提高可重構(gòu)系統(tǒng)中查找空白區(qū)域的準(zhǔn) 確性。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是吸取掃描線方法SLA方法的優(yōu)點(diǎn)，在查找中只選取 能產(chǎn)生最大空白矩形區(qū)域MER的查找寬度，避免了冗余；而對某個(gè)最大關(guān)鍵元素 MKE在以w為査找寬度查找時(shí)先檢查該最大關(guān)鍵元素MKE是否被在同一掃描線SL 上的其他MKE以w掃描過，如果是則停止掃描，避免重復(fù)。具體步驟如下A. 確定有效查找寬度集合步驟 .
(Al)給定FPGA最大關(guān)鍵元素MKE(/， _/)，并從該最大關(guān)鍵元素向左査找， 將所得到的連續(xù)空白單元數(shù)作為有效查找寬度w，加入到有效查找寬度集合中；
(A2)在所給定的最大關(guān)鍵元素MKE("力的上方單元中，依次向上找出一個(gè) 連續(xù)空白單元數(shù)的遞減序列添加到有效查找寬度集合當(dāng)中，直到在FPGA中遇見 上界或是已經(jīng)被使用的單元為止；
(A3)在所給定的最大關(guān)鍵元素MKE(/，力的下方單元中，依次向下找出一個(gè) 連續(xù)空白單元數(shù)的遞減序列添加到有效査找寬度集合當(dāng)中，直到在FPGA中遇見 下界或是已經(jīng)被使用的單元；
B. 查找空白區(qū)域步驟
(Bl)從有效査找寬度集合中選取一個(gè)沒有査找過的有效查找寬度w進(jìn)行査
找；
(B2)檢查給定的最大關(guān)鍵元素MKE("刀是否被在同一掃描線SL中的其它 最大空白矩形區(qū)域MER用有效查找寬度w進(jìn)行査找過，如果是則停止査找，否則， 以該最大關(guān)鍵元素MKE(/，刀所在位置為右垂直邊界，分別向上和向下尋找有效査 找寬度為w的連續(xù)空白區(qū)域，并將查找所遍歷的掃描線上的單元標(biāo)記為以有效査找 寬度vv查找過；
(B3)重復(fù)步驟(Bl)和(B2)直至有效查找寬度集合中的有效査找寬度w 都被査找過為止。
本發(fā)明由于對有效查找寬帶進(jìn)行了選取，所以查找過程中目的性強(qiáng)，沒有冗余的 査找；同時(shí)由于在査找空白區(qū)域前，對被查找的元素檢查是否被某個(gè)最大空白矩形區(qū) 域MER以某個(gè)查找寬度w査找過，對已經(jīng)查找過的寬度不再進(jìn)行査找，因而避免了重 復(fù)査找。
仿真結(jié)果表明，采用本發(fā)明在可重構(gòu)系統(tǒng)中査找FPGA空白區(qū)域，其效果明顯優(yōu) 于現(xiàn)有的掃描線査找方法SLA。


圖1是FPGA的配置示意圖2是在MKE(5， 3)單元運(yùn)用現(xiàn)有SLA方法査找FPGA最大空白矩形區(qū)域的實(shí)例法查找FPGA最大空白矩形區(qū)域的實(shí)例 圖4是在最大關(guān)鍵元素MKE(Z， y)運(yùn)用本發(fā)明査找FPGA最大空白矩形區(qū)域的流程 圖5是在最大關(guān)鍵元素MKE(" y)運(yùn)用本發(fā)明確定有效查找寬度集的流程圖； 圖6是本發(fā)明與已有的SLA方法査找FPGA最大空白矩形區(qū)域的仿真結(jié)果曲線圖。
具體實(shí)施例方式
參照圖5，本發(fā)明的查找步驟如下
(1) 將當(dāng)前向上查找的縱坐標(biāo)鄉(xiāng)和當(dāng)前向下查找的縱坐標(biāo)6o加m初始化為給定 最大關(guān)鍵元素MKE(" y)的縱坐標(biāo)y,并將最大空白矩形區(qū)域集SMER初始化為空集；
(2) 調(diào)用確定有效查找寬度集的方法，并將返回的結(jié)果賦給有效查找寬度集 SVSW，見圖6;
(3) 判斷有效査找寬度集SVSW是否為非空集，如果有效查找寬度集SVSW不 為空，則執(zhí)行(4)，否則，返回最大空白矩形區(qū)域集SMER，并結(jié)束執(zhí)行；
(4) 從有效查找寬度集SVSW中選取一個(gè)有效査找寬度w;
(5) 通過檢查查找標(biāo)記SWE4尸[w][top+l]的值是否為1判斷最大關(guān)鍵元素MKE(z'， /)是否被同一掃描線SL的其它最大空白矩形區(qū)域MER以查找寬度w査找過，如果是， 則執(zhí)行(11)，否則，執(zhí)行(6);
(6) 判斷to/7所在行是否已經(jīng)到達(dá)FPGA中的上界，如果到達(dá)上界，則執(zhí)行(8)， 否則判斷是否能在單元(z'-w+l， top)與單元(z'， top)之間找到寬度為w的空白區(qū)域，如 果能找到，則執(zhí)行(7)，否則，執(zhí)行(8);
(7) 更新當(dāng)前向上查找的縱坐標(biāo)top為top+l ，并通過將查找標(biāo)記Sff^4P[w][to; +l] 設(shè)定為1標(biāo)記單元(/， top+l)已被某最大空白矩形區(qū)域MER以査找寬度w掃描過，返 回執(zhí)行(6);
(8) 判斷6o加m所在行是否已經(jīng)到達(dá)FPGA中的下界，如果到達(dá)下界，則執(zhí)行 (10)，否則判斷是否能在單元(/-w+l， 6o"om)與單元("6o"om)之間找到寬度為w
的空白區(qū)域，如果能找到，則執(zhí)行(9)，否則，執(zhí)行(10);
(9) 更新當(dāng)前向下查找的縱坐標(biāo)6o"om為to"om - 1 ，并通過將查找標(biāo)記 SWEL4尸[w][ 6o加m - 1]設(shè)定為1標(biāo)記單元(i， 6o加m - l)已被某最大空白矩形區(qū)域MER 以査找寬度w掃描過，返回執(zhí)行(8);(10) 將最大空白矩形區(qū)域MER(!'-w+l， 6o"oam， w， to; -6o加m+l)添加到最大空 白矩形區(qū)域集SMER中；
(11) 將本次査找所使用的有效查找寬度vv從有效寬度集SVSW中去掉，再返回 執(zhí)行(3)。
參照圖6，本發(fā)明(2)確定有效査找寬度集SVSW的方法的步驟如下
1) 將當(dāng)前向上査找的縱坐標(biāo)top和當(dāng)前向下查找的縱坐標(biāo)初始化為給定單 元(z'， _/)的縱坐標(biāo)_/，并將有效査找寬度集SVSW初始化為空集；
2) 給定FPGA單元(z'，刀，并從該單元向左查找，將所得到的連續(xù)空白單元數(shù)M
作為有效查找寬度w，加入到有效查找寬度集SVSW中；
3) 將向上査找到的當(dāng)前有效查找寬度to; w和向下查找到的當(dāng)前有效查找寬度^rtv 初始化為從給定單元(Z，力起向左所查找到的連續(xù)空白單元數(shù)M[/][/];
4) 判斷當(dāng)前向上查找的縱坐標(biāo)top所在行是否已經(jīng)到達(dá)上界，如果是，則執(zhí)行9)， 否則，執(zhí)行5);
5) 判斷從單元("l)起向左查找到的連續(xù)空白單元數(shù)M[/][to;7+ l]是否比向上 查找到的當(dāng)前有效查找寬度to/w小，如果是，則執(zhí)行6)，否則，執(zhí)行8);
6) 判斷單元(/， top+l)是不是已經(jīng)被使用，如果是，則執(zhí)行9)，否則執(zhí)行7);
7) 將從單元(/， l)起向左查找到的連續(xù)空白單元數(shù)M[Z][to/ + l]添加到有效查 找寬度集SV SW中，并更新向上査找到的當(dāng)前有效查找寬度to/w為M[O[top + l];
8) 更新當(dāng)前向上查找的縱坐標(biāo)top為1，返回執(zhí)行4);
9) 判斷當(dāng)前向下查找的縱坐標(biāo)6Wtom所在行是否已經(jīng)到達(dá)下界，如果是，返回有 效查找寬度集SVSW，并結(jié)束執(zhí)行，否則，執(zhí)行IO);
10) 判斷從單元("6o加m-l)起向左查找到的連續(xù)空白單元數(shù)M[/][6o加m-l]是否 比向下査找到的當(dāng)前有效查找寬度6c^w小，如果是，則執(zhí)行l(wèi)l)，否則，執(zhí)行13);
U)判斷單元(f， 6o"om-l)是不是已經(jīng)被使用，如果是，則返回有效査找寬度集SV SW，并結(jié)束執(zhí)行，否則，執(zhí)行12);
12) 將從單元(!'， 6oto附-l)起向左査找到的連續(xù)空白單元數(shù)M[z'][6o加m-l]添加到 有效査找寬度集SV SW中，并更新向下查找到的當(dāng)前有效査找寬度^加為
M[。[ 6o加m-l];
13) 更新當(dāng)前向下查找的縱坐標(biāo)6o"om為6otom-l，返回執(zhí)行9)。 本發(fā)明的效果可以通過以下的仿真進(jìn)一步的說明。
81. 仿真條件
任務(wù)調(diào)度采用FIFO策略，即先到先服務(wù)的策略；
FPGA空白區(qū)域的分配采用First-Fit策略，即最先適合策略選取一個(gè)足夠大的最大 空白矩形區(qū)域MER來配置任務(wù)，并將該任務(wù)配置在被分配區(qū)域的左下角； 本次模擬所采用的FPGA規(guī)格是50x40;
每個(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間2至IO個(gè)時(shí)間單元，所占用的FPGA單元是2至8個(gè)； 每次試驗(yàn)重復(fù)20次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為平均值。
2. 仿真結(jié)果
圖4給出了隨任務(wù)數(shù)的增加本發(fā)明ESLA和掃描線方法SLA所花費(fèi)的有效消耗時(shí) 間的仿真變化結(jié)果。
從圖4可以看出，本發(fā)明ESLA所花費(fèi)的有效消耗時(shí)間明顯要小于現(xiàn)有掃描線方 法SLA所消耗的時(shí)間，避免了重復(fù)和冗余查找，提高了查找FPGA空白區(qū)域的效率。
權(quán)利要求
1. 一種基于掃描線方法的查找FPGA芯片空白區(qū)域的方法，包括如下步驟A. 確定有效查找寬度集合步驟(A1)給定FPGA最大關(guān)鍵元素MKE(i，j)，并從該最大關(guān)鍵元素向左查找，將所得到的連續(xù)空白單元數(shù)作為有效查找寬度w，加入到有效查找寬度集合中；(A2)在所給定的最大關(guān)鍵元素MKE(i，j)的上方單元中，依次向上找出一個(gè)連續(xù)空白單元數(shù)的遞減序列添加到有效查找寬度集合當(dāng)中，直到在FPGA中遇見上界或是已經(jīng)被使用的單元為止；(A3)在所給定的最大關(guān)鍵元素MKE(i，j)的下方單元中，依次向下找出一個(gè)連續(xù)空白單元數(shù)的遞減序列添加到有效查找寬度集合當(dāng)中，直到在FPGA中遇見下界或是已經(jīng)被使用的單元；B. 查找空白區(qū)域步驟(B1)從有效查找寬度集合中選取一個(gè)沒有查找過的有效查找寬度w進(jìn)行查找；(B2)檢查給定的最大關(guān)鍵元素MKE(i，j)是否被在同一掃描線SL中的其它最大空白矩形區(qū)域MER用有效查找寬度w進(jìn)行查找過，如果是則停止查找，否則，以該最大關(guān)鍵元素MKE(i，j)所在位置為右垂直邊界，分別向上和向下尋找有效查找寬度為w的連續(xù)空白區(qū)域，并將查找所遍歷的掃描線上的單元標(biāo)記為以有效查找寬度w查找過；(B3)重復(fù)步驟(B1)和(B2)直至有效查找寬度集合中的有效查找寬度w都被查找過為止。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的査找FPGA芯片空白區(qū)域的方法，其中步驟(A2)按 如下過程進(jìn)行(A21)將當(dāng)前査找坐標(biāo)top初始化為給定MKE("力的縱坐標(biāo)力并將當(dāng)前有效查 找寬度初始化為從給定最大關(guān)鍵元素MKE(Z，力起向左所查找到的連續(xù)空白單元數(shù)M陽 '(A22)從單元(f， top+l)向左查找，判斷所得到的連續(xù)空白單元數(shù)M[Z][/]是否小于 當(dāng)前有效查找寬度to;w，如果是，則M[。[/]是一個(gè)有效査找寬度，將M
作有效查找寬度添加到有效查找寬度集合中，并更新當(dāng)前有效查找寬度topw為M[/][/],更新當(dāng)前査找坐標(biāo)top為fop+l;(A23)重復(fù)步驟(A22)直到在FPGA中遇見上界或是已經(jīng)被使用的單元為止。
3. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的查找FPGA芯片空白區(qū)域的方法，其中步驟(A3)按 如下過程進(jìn)行(A31)將當(dāng)前査找坐標(biāo)6o"om初始化為給定MKE("力的縱坐標(biāo)y，并將當(dāng)前有效 查找寬度6ortv初始化為從給定MKE("力起向左所査找到的連續(xù)空白單元數(shù)M[/][/];(A32)從單元(z'， 6o"om-l)向左査找，判斷所得到的連續(xù)空白單元數(shù)M[Z][/]是否 小于當(dāng)前有效查找寬度6om;，如果是，則M[z'][/]是一個(gè)有效查找寬度，將M[/][/]作為 有效査找寬度添加到有效查找寬度集合中，并更新當(dāng)前有效查找寬度為M[/][/']， 更新當(dāng)前查找坐標(biāo)6o ow為6o"ow-l;(A33)重復(fù)步驟(A32)直到在FPGA中遇見下界或是已經(jīng)被使用的單元為止。
4. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的査找FPGA芯片空白區(qū)域的方法，其中步驟(B2)所 述的檢査給定的MKE(z'，力是否被在同一掃描線SL中的其他MER用有效查找寬度w 查找過，按如下過程進(jìn)行(B21)采用一個(gè)二維數(shù)組S『^4P[w][司作為査找標(biāo)記，通過該標(biāo)記記錄掃描線 SL上的第j個(gè)元素是否被某個(gè)最大空白矩形區(qū)域MER以w為査找寬度查找過，如果 查找過，則將S『^4尸[w][刀記錄為1，否則記為0;(B22)對于給定最大關(guān)鍵元素MKE(/， /)，檢査S『」&4尸[w][/]的值是否為1，如果 是，則該MKE(" y)被某個(gè)最大空白矩形區(qū)域MER以有效查找寬度w進(jìn)行查找過，否則 沒有。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于掃描線方法的查找FPGA芯片空白區(qū)域的方法，其查找步驟為從給定MKE向左查找，將所得到的連續(xù)空白單元數(shù)作為有效查找寬度w加入到有效查找寬度集合SVSW中；從該MKE的依次向上和向下找出連續(xù)空白單元數(shù)的遞減序列添加到有效查找寬度集合當(dāng)中，直到在FPGA中遇見邊界或是已經(jīng)被使用的單元為止；從SVSW中逐次選取沒有查找過的w進(jìn)行下述查找檢查給定的MKE是否被在同一掃描線中的其它MER用w進(jìn)行查找過，如果是則停止，否則，以該MKE所在位置為右垂直邊界，分別向上和向下尋找寬w的連續(xù)空白區(qū)域，并將查找所遍歷的掃描線上的單元標(biāo)記為以w查找過。本發(fā)明具有查找FPGA空白區(qū)域耗時(shí)少，效率高的優(yōu)點(diǎn)，可用于基于FPGA的可重構(gòu)系統(tǒng)中查找FPGA空白區(qū)域。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101441679SQ20081023221
公開日2009年5月27日 申請日期2008年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月10日
發(fā)明者段振華, 聶鵬程, 艷 肖, 范全潤 申請人:西安電子科技大學(xué)