用于實現(xiàn)可重構(gòu)系統(tǒng)中多任務(wù)調(diào)度的管理單元和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于實現(xiàn)可重構(gòu)系統(tǒng)中多任務(wù)調(diào)度的管理單元和方法，包括任務(wù)生成模塊、任務(wù)解析模塊和任務(wù)發(fā)送接口模塊；所述任務(wù)生成模塊：用于生成可重構(gòu)陣列的任務(wù)，包括配置可重構(gòu)陣列功能的配置信息、配置數(shù)據(jù)流的配置信息、相應(yīng)的目標(biāo)可重構(gòu)陣列編號以及任務(wù)編號；所述任務(wù)解析模塊：用于緩存并解析任務(wù)中包含的目標(biāo)可重構(gòu)陣列編號及任務(wù)編號；所述任務(wù)發(fā)送接口模塊：用于傳送任務(wù)給相應(yīng)的可重構(gòu)陣列，當(dāng)任務(wù)解析模塊中發(fā)現(xiàn)任務(wù)的目標(biāo)可重構(gòu)陣列相同時，將該任務(wù)同時發(fā)送給多個可重構(gòu)陣列。本發(fā)明提高復(fù)雜的可重構(gòu)系統(tǒng)動態(tài)重構(gòu)效率。
【專利說明】用于實現(xiàn)可重構(gòu)系統(tǒng)中多任務(wù)調(diào)度的管理單元和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及嵌入式可重構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，具體是用于實現(xiàn)可重構(gòu)系統(tǒng)中多任務(wù)調(diào)度的管理單元和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著可重構(gòu)技術(shù)的出現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)的嵌入式設(shè)計的方法，可重構(gòu)計算在嵌入式和高性能的計算領(lǐng)域具有廣泛地應(yīng)用前景，可重構(gòu)計算架構(gòu)近些年來在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方面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。可重構(gòu)配置控制單元，通過更新可重構(gòu)硬件上的配置信息，將算法應(yīng)用中所包含的各個子任務(wù)，映射到可重構(gòu)硬件中的各個計算單元上。
[0003]隨著媒體應(yīng)用的性能要求和計算復(fù)雜度越來越高，粗粒度可重構(gòu)架構(gòu)的計算資源也成倍增加，一些架構(gòu)使用了多個可重構(gòu)陣列來完成這些應(yīng)用。然而，在計算資源增加的同時，重構(gòu)過程所需的配置信息量也隨之進一步增大，導(dǎo)致系統(tǒng)的重構(gòu)開銷進一步增長，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的整體性能。為了提高可重構(gòu)系統(tǒng)的工作性能，可以通過提高可重構(gòu)硬件的計算性能和重構(gòu)性能來實現(xiàn)。提高重構(gòu)性能的需求主要有以下兩個方面:其一，隨著可重構(gòu)系統(tǒng)計算性能的提高，可重構(gòu)系統(tǒng)中所包含的計算單元的規(guī)模不斷擴大，因此可重構(gòu)系統(tǒng)中需要被重構(gòu)的計算單元的數(shù)目也越來越多。重構(gòu)過程所需的配置信息數(shù)據(jù)量進一步增大，動態(tài)重構(gòu)的時間也隨之增加。其二，為了最大化地利用可重構(gòu)系統(tǒng)中的硬件計算資源，各個計算單元的功能需要頻繁地被重構(gòu)，以在盡可能短的完成不同任務(wù)的映射，因此需要盡可能地減少動態(tài)重構(gòu)的時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種用于實現(xiàn)可重構(gòu)系統(tǒng)中多任務(wù)調(diào)度的管理單元和方法，提高復(fù)雜的可重構(gòu)系統(tǒng)動態(tài)重構(gòu)效率。
[0005]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的第一種技術(shù)方案為一種用于實現(xiàn)可重構(gòu)系統(tǒng)中多任務(wù)調(diào)度的管理單元，其特征在于，包括任務(wù)生成模塊、任務(wù)解析模塊和任務(wù)發(fā)送接口模塊；
[0006]所述任務(wù)生成模塊:用于生成可重構(gòu)陣列的任務(wù)，包括配置可重構(gòu)陣列功能的配置信息、配置數(shù)據(jù)流的配置信息、相應(yīng)的目標(biāo)可重構(gòu)陣列編號以及任務(wù)編號；
[0007]所述任務(wù)解析模塊:用于緩存并解析任務(wù)中包含的目標(biāo)可重構(gòu)陣列編號及任務(wù)編號;
[0008]所述任務(wù)發(fā)送接口模塊:用于傳送任務(wù)給相應(yīng)的可重構(gòu)陣列，當(dāng)任務(wù)解析模塊中發(fā)現(xiàn)任務(wù)的目標(biāo)可重構(gòu)陣列相同時，將該任務(wù)同時發(fā)送給多個可重構(gòu)陣列，以提高任務(wù)傳輸?shù)男?，?jié)省任務(wù)傳輸?shù)臅r間。
[0009]進一步的，所述任務(wù)解析模塊包括多個緩存通道、可重構(gòu)陣列編號判斷單元和多任務(wù)調(diào)度單元；[0010]所述緩存通道:采用FIFO結(jié)構(gòu)，個數(shù)等于可重構(gòu)陣列的個數(shù)，用于緩存一段時間內(nèi)每個可重構(gòu)陣列的任務(wù)編號、可重構(gòu)陣列功能的配置信息和配置數(shù)據(jù)流的配置信息；
[0011]所述可重構(gòu)陣列編號判斷單元:用于判斷任務(wù)生成模塊傳送的任務(wù)屬于哪個可重構(gòu)陣列，并且把任務(wù)裝入相應(yīng)的緩存通道；
[0012]所述多任務(wù)調(diào)度單元:用于判斷相鄰N個任務(wù)之間對于不同可重構(gòu)陣列是否存在相同任務(wù)編號，如果存在相同任務(wù)編號，需要等待最后一個任務(wù)的到來，并將任務(wù)傳送給任務(wù)發(fā)送接口模塊，如果不存在相同編號，則不需要等待，依次傳輸任務(wù)給任務(wù)發(fā)送接口模塊。
[0013]進一步的，所述多任務(wù)調(diào)度單元包括任務(wù)編號解析模塊、任務(wù)判別模塊和任務(wù)輸出豐吳塊；
[0014]所述任務(wù)編號解析模塊:用于解析緩存通道里的每個可重構(gòu)陣列的任務(wù)編號；
[0015]所述任務(wù)判別模塊:用于判別相鄰N個任務(wù)范圍內(nèi)，多個可重構(gòu)陣列的任務(wù)編號是否相同；
[0016]所述任務(wù)輸出模塊:若在相鄰的N個任務(wù)范圍內(nèi)，沒有發(fā)現(xiàn)不同的可重構(gòu)陣列有相同的任務(wù)編號，則按照次序輸出相應(yīng)任務(wù)給任務(wù)發(fā)送接口模塊；若在相鄰的N個任務(wù)范圍內(nèi)，不同的可重構(gòu)陣列找到了相同的任務(wù)編號，則將該任務(wù)傳輸給任務(wù)發(fā)送接口模塊。
[0017]本發(fā)明采用的第二種技術(shù)方案為一種利用上所述的用于實現(xiàn)可重構(gòu)系統(tǒng)中多任務(wù)調(diào)度的管理單元的方法，采用混合調(diào)度方式，針對不同可重構(gòu)陣列的任務(wù)編號選擇是否需要等待共享一套任務(wù)；判斷的方法根據(jù)兩個時間的大小來判斷，從而得到一個數(shù)值用于限定判斷的任務(wù)范圍N:節(jié)省的任務(wù)傳輸時間Tl，可重構(gòu)陣列等待任務(wù)浪費的時間T2 ;所述節(jié)省的任務(wù)傳輸時間Tl:同時傳送的可重構(gòu)陣列的個數(shù)減一后，乘以任務(wù)傳輸?shù)娇芍貥?gòu)陣列所花費的時間，即為所節(jié)省的時間；所述可重構(gòu)陣列等待任務(wù)浪費的時間T2:當(dāng)相鄰N個可重構(gòu)陣列的任務(wù)相同時，一個或者幾個可重構(gòu)陣列需要等待最后一個任務(wù)的到來，這樣需要浪費一部分時間T2 ;從Tl大于T2，得到判斷的任務(wù)范圍為N ;從任務(wù)生成模塊傳輸給任務(wù)解析模塊的任務(wù)中，在相鄰的N個任務(wù)范圍內(nèi)，對于不同的可重構(gòu)陣列有相同的任務(wù)時，選擇等待，并一起一次傳輸給相應(yīng)的可重構(gòu)陣列，否則依次傳輸任務(wù)。
[0018]有益效果:本發(fā)明的技術(shù)方案通過提供一種用于實現(xiàn)可重構(gòu)系統(tǒng)中多任務(wù)調(diào)度的管理單元和管理方法，實現(xiàn)任務(wù)傳輸時間的復(fù)用，節(jié)省任務(wù)傳輸時間，提高任務(wù)的存取效率，從而提高了復(fù)雜的可重構(gòu)系統(tǒng)的動態(tài)重構(gòu)效率。
[0019]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為實現(xiàn)可重構(gòu)系統(tǒng)中多任務(wù)調(diào)度的管理單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為實現(xiàn)可重構(gòu)系統(tǒng)中多任務(wù)調(diào)度的管理單元中任務(wù)解析模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明實施例所述的用于可重構(gòu)系統(tǒng)中多任務(wù)調(diào)度的管理單元的流程圖；
[0023]圖4為本發(fā)明實施例所述的用于可重構(gòu)系統(tǒng)中多任務(wù)調(diào)度的管理單元的微處理器應(yīng)用連接圖?！揪唧w實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0025]在粗粒度可重構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計中，可重構(gòu)陣列的多任務(wù)調(diào)度是其中的一項關(guān)鍵技術(shù)，決定了系統(tǒng)動態(tài)重構(gòu)的效率。通過多任務(wù)的調(diào)度，實現(xiàn)任務(wù)傳輸時間的復(fù)用，從而節(jié)省任務(wù)傳輸時間，提高任務(wù)的存取效率，而任務(wù)中就包含配置可重構(gòu)陣列需要的配置信息和配置數(shù)據(jù)流需要的配置信息，這樣可以有效地使用配置信息緩存、提高配置信息的存取效率，從而提升了可重構(gòu)系統(tǒng)重構(gòu)性能以及工作性能。
[0026]如圖1所示，用于實現(xiàn)可重構(gòu)系統(tǒng)中多任務(wù)調(diào)度的管理單元，包括任務(wù)生成模塊:用于生成可重構(gòu)陣列的任務(wù)，包括配置可重構(gòu)陣列功能的配置信息、配置數(shù)據(jù)流的配置信息、相應(yīng)的目標(biāo)可重構(gòu)陣列編號以及任務(wù)編號；任務(wù)解析模塊:用于緩存并解析任務(wù)中的包含的目標(biāo)可重構(gòu)陣列編號及任務(wù)編號；任務(wù)發(fā)送接口模塊:用于傳送任務(wù)給相應(yīng)的可重構(gòu)陣列，當(dāng)任務(wù)解析模塊中發(fā)現(xiàn)任務(wù)的目標(biāo)可重構(gòu)陣列相同時，將某一任務(wù)同時發(fā)送給多個可重構(gòu)陣列，以提高了任務(wù)傳輸?shù)男?，?jié)省任務(wù)傳輸?shù)臅r間。其中，任務(wù)解析模塊，如圖2所示,包括緩存通道:采用FIFO (First Input First Output,先入先出隊列)結(jié)構(gòu),個數(shù)等于可重構(gòu)陣列的個數(shù)，用于緩存一段時間內(nèi)每個可重構(gòu)陣列的任務(wù)編號，可重構(gòu)陣列功能的配置信息和配置數(shù)據(jù)流的配置信息；可重構(gòu)陣列編號判斷單元:用于判斷任務(wù)生成單元傳送的任務(wù)屬于哪個目標(biāo)可重構(gòu)陣列，并且把任務(wù)裝入相應(yīng)的FIFO ;多任務(wù)調(diào)度單元:用于判斷相鄰N個任務(wù)之間對于不同可重構(gòu)陣列是否存在相同任務(wù)編號，來決定是否需要等待，并同時傳送任務(wù)給多個可重構(gòu)陣列；
[0027]如圖3所示，可重構(gòu)系統(tǒng)中多任務(wù)調(diào)度的管理單元的工作流程，包括任務(wù)生成:生成可重構(gòu)陣列的任務(wù)，包括配置可重構(gòu)陣列功能的配置信息、配置數(shù)據(jù)流的配置信息、相應(yīng)的目標(biāo)可重構(gòu)陣列編號以及任務(wù)編號；索引任務(wù)中包含的可重構(gòu)陣列編號:解析生成的任務(wù)，從中獲得該任務(wù)對應(yīng)的目標(biāo)可重構(gòu)陣列；存放任務(wù)到對應(yīng)的FIFO中:將完成索引可重構(gòu)陣列編號的任務(wù)存放到每個可重構(gòu)陣列對應(yīng)的FIFO中；判斷相鄰的N個任務(wù)范圍內(nèi)是否有相同的任務(wù)編號的任務(wù):在N個任務(wù)范圍內(nèi)，對所有FIFO中的任務(wù)進行解析，判斷它們的任務(wù)編號是否有相同的，如果在N個任務(wù)范圍內(nèi)有相同的，則等待多個可重構(gòu)陣列的任務(wù)，一起一次發(fā)送給多個響應(yīng)的可重構(gòu)陣列；否則一次發(fā)送可重構(gòu)陣列的任務(wù)。任務(wù)通過任務(wù)發(fā)送接口模塊發(fā)送給響應(yīng)的可重構(gòu)陣列，完成對其功能的重構(gòu)。采用上述混合調(diào)度的方式，改變了傳統(tǒng)的可重構(gòu)系統(tǒng)中任務(wù)傳輸?shù)姆绞?，從而提高了?fù)雜的可重構(gòu)系統(tǒng)的任務(wù)傳輸效率。
[0028]如圖4所示，H.264協(xié)議的高清數(shù)字視頻解碼(H.264 1080pi30fps HiPiLevel4)采用了本發(fā)明所提出的一種用于實現(xiàn)可重構(gòu)系統(tǒng)中多任務(wù)調(diào)度的管理單元，能夠?qū)崿F(xiàn)
H.264 1080pi30fps HiP@LeVel4的高清視頻解碼要求。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括:用作主控器的ARM9E-S處理器、多任務(wù)調(diào)度管理模塊、可重構(gòu)陣列RCA、AHB總線、DDR2 SDRAM。選擇具有小型、快速、低能耗、編譯器支持好等優(yōu)點的ARM9E-S處理器作為主控CPU，用于控制系統(tǒng)運行的調(diào)度；多任務(wù)調(diào)度管理模塊通過32bit的AHB總線與外部存儲器相連接，外部存儲器選用最常用的嵌入式外部存儲器DDR2 SDRAM，支持64bit的數(shù)據(jù)訪問位寬，具有良好的性價比以及能耗比；RCA共有16個，每個RCA均含有8X8個PE。多任務(wù)調(diào)度管理模塊緩存通道包含16個FIFO單元，每個FIFO單元中目標(biāo)可重構(gòu)陣列編號的寬度為4bit，取值范圍為0?15，依次標(biāo)識RCAO?RCA15。每個FIFO單元中包含的任務(wù)編號寬度為為14bit，大小為1KByte。多任務(wù)調(diào)度單元模塊與RCA之間的配置信息傳輸接口的位寬為512bit。
[0029]作為對比實驗，設(shè)置了一個對比驗證系統(tǒng)，與上述驗證系統(tǒng)的區(qū)別在于沒有多任務(wù)調(diào)度管理單元，任務(wù)的傳輸都采用依次傳輸?shù)姆绞?。實驗結(jié)果表明，采用本發(fā)明提出的用于實現(xiàn)可重構(gòu)系統(tǒng)中多任務(wù)調(diào)度的管理單元，任務(wù)傳輸?shù)臅r鐘周期數(shù)減少30%以上。
[0030]其中可重構(gòu)陣列(ReConfigurableArray)簡稱 RCA ;運算單兀(ProcessingElement)簡稱PE ;緩存通道(緩存FIFO)。
[0031]最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于實現(xiàn)可重構(gòu)系統(tǒng)中多任務(wù)調(diào)度的管理單元，其特征在于，包括任務(wù)生成模塊、任務(wù)解析模塊和任務(wù)發(fā)送接口模塊； 所述任務(wù)生成模塊:用于生成可重構(gòu)陣列的任務(wù)，包括配置可重構(gòu)陣列功能的配置信息、配置數(shù)據(jù)流的配置信息、相應(yīng)的目標(biāo)可重構(gòu)陣列編號以及任務(wù)編號； 所述任務(wù)解析模塊:用于緩存并解析任務(wù)中包含的目標(biāo)可重構(gòu)陣列編號及任務(wù)編號； 所述任務(wù)發(fā)送接口模塊:用于傳送任務(wù)給相應(yīng)的可重構(gòu)陣列，當(dāng)任務(wù)解析模塊中發(fā)現(xiàn)任務(wù)的目標(biāo)可重構(gòu)陣列相同時，將該任務(wù)同時發(fā)送給多個可重構(gòu)陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于實現(xiàn)可重構(gòu)系統(tǒng)中多任務(wù)調(diào)度的管理單元，其特征在于，所述任務(wù)解析模塊包括多個緩存通道、可重構(gòu)陣列編號判斷單元和多任務(wù)調(diào)度單元； 所述緩存通道:采用FIFO結(jié)構(gòu)，個數(shù)等于可重構(gòu)陣列的個數(shù)，用于緩存一段時間內(nèi)每個可重構(gòu)陣列的任務(wù)編號、可重構(gòu)陣列功能的配置信息和配置數(shù)據(jù)流的配置信息； 所述可重構(gòu)陣列編號判斷單元:用于判斷任務(wù)生成模塊傳送的任務(wù)屬于哪個可重構(gòu)陣列，并且把任務(wù)裝入相應(yīng)的緩存通道； 所述多任務(wù)調(diào)度單元:用于判斷相鄰N個任務(wù)之間對于不同可重構(gòu)陣列是否存在相同任務(wù)編號，如果存在相同任務(wù)編號，需要等待最后一個任務(wù)的到來，并將任務(wù)傳送給任務(wù)發(fā)送接口模塊，如果不存在相同編號，則不需要等待，依次傳輸任務(wù)給任務(wù)發(fā)送接口模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述用于實現(xiàn)可重構(gòu)系統(tǒng)中多任務(wù)調(diào)度的管理單元，其特征在于，所述多任務(wù)調(diào)度單元包括任務(wù)編號解析模塊、任務(wù)判別模塊和任務(wù)輸出模塊； 所述任務(wù)編號解析模塊:用于解析緩存通道里的每個可重構(gòu)陣列的任務(wù)編號； 所述任務(wù)判別模塊:用于判別相鄰N個任務(wù)范圍內(nèi)，多個可重構(gòu)陣列的任務(wù)編號是否相同； 所述任務(wù)輸出模塊:若在相鄰的N個任務(wù)范圍內(nèi)，沒有發(fā)現(xiàn)不同的可重構(gòu)陣列有相同的任務(wù)編號，則按照次序輸出相應(yīng)任務(wù)給任務(wù)發(fā)送接口模塊；若在相鄰的N個任務(wù)范圍內(nèi)，不同的可重構(gòu)陣列找到了相同的任務(wù)編號，則將該任務(wù)傳輸給任務(wù)發(fā)送接口模塊。
4.一種利用權(quán)利要求1所述的用于實現(xiàn)可重構(gòu)系統(tǒng)中多任務(wù)調(diào)度的管理單元的方法，其特征在于，采用混合調(diào)度方式，針對不同可重構(gòu)陣列的任務(wù)編號選擇是否需要等待共享一套任務(wù)；判斷的方法根據(jù)兩個時間的大小來判斷，從而得到一個數(shù)值用于限定判斷的任務(wù)范圍N:節(jié)省的任務(wù)傳輸時間Tl，可重構(gòu)陣列等待任務(wù)浪費的時間T2 ;所述節(jié)省的任務(wù)傳輸時間Tl:同時傳送的可重構(gòu)陣列的個數(shù)減一后,乘以任務(wù)傳輸?shù)娇芍貥?gòu)陣列所花費的時間，即為所節(jié)省的時間；所述可重構(gòu)陣列等待任務(wù)浪費的時間T2:當(dāng)相鄰N個可重構(gòu)陣列的任務(wù)相同時，一個或者幾個可重構(gòu)陣列需要等待最后一個任務(wù)的到來，這樣需要浪費一部分時間T2 ;從Tl大于T2，得到判斷的任務(wù)范圍為N ;從任務(wù)生成模塊傳輸給任務(wù)解析模塊的任務(wù)中，在相鄰的N個任務(wù)范圍內(nèi)，對于不同的可重構(gòu)陣列有相同的任務(wù)時，選擇等待，并一起一次傳輸給相應(yīng)的可重構(gòu)陣列，否則依次傳輸任務(wù)。
【文檔編號】G06F9/50GK103455367SQ201310338040
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月5日
【發(fā)明者】曹鵬, 劉波, 杜月, 胡建兵, 朱婉瑜, 齊志, 楊軍 申請人:東南大學(xué)