本發(fā)明涉及可重構(gòu)計(jì)算領(lǐng)域，尤其涉及一種可擴(kuò)展的支持動(dòng)態(tài)部分重構(gòu)的可重構(gòu)計(jì)算配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該系統(tǒng)架構(gòu)采用可擴(kuò)展的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，混合串并行配置方式，可有效減小最大配置鏈長(zhǎng)度，多方向配置流并行配置，支持動(dòng)態(tài)配置和部分配置，有效降低配置時(shí)間和配置功耗。

背景技術(shù)：

可重構(gòu)計(jì)算是一種介于通用計(jì)算架構(gòu)（cpu）和專用計(jì)算架構(gòu)（asic）之間的一種領(lǐng)域通用的（domain-specific）計(jì)算架構(gòu)，能夠更有效地平衡計(jì)算架構(gòu)的靈活性和高效性?？芍貥?gòu)計(jì)算架構(gòu)主要由配置網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算網(wǎng)絡(luò)組成，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)含有豐富的運(yùn)算資源以及實(shí)現(xiàn)運(yùn)算資源之間進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳遞的互連資源，通過(guò)配置網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)算資源的功能和它們之間的互連進(jìn)行重構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)不同的計(jì)算功能。

可重構(gòu)計(jì)算的重構(gòu)方式根據(jù)實(shí)時(shí)性可以分為靜態(tài)重構(gòu)和動(dòng)態(tài)重構(gòu)，只能在可重構(gòu)計(jì)算架構(gòu)的數(shù)據(jù)通路進(jìn)行計(jì)算之前對(duì)其進(jìn)行功能重構(gòu)，而計(jì)算過(guò)程中由于時(shí)間代價(jià)相對(duì)過(guò)大而無(wú)法對(duì)數(shù)據(jù)通路進(jìn)行功能重構(gòu)的特性被稱為靜態(tài)重構(gòu)。傳統(tǒng)的fpga采用的重構(gòu)方式即靜態(tài)重構(gòu)。由于功能重構(gòu)時(shí)間代價(jià)相對(duì)較小，可重構(gòu)計(jì)算架構(gòu)的數(shù)據(jù)通路在計(jì)算過(guò)程中也可以進(jìn)行功能重構(gòu)的特性被稱為動(dòng)態(tài)重構(gòu)。最典型的動(dòng)態(tài)重構(gòu)架構(gòu)是粗粒度可重構(gòu)陣列（cgra）,cgra粒度大，配置信息量小，可以在不斷電的工作狀態(tài)下快速重載配置信息，完成陣列功能重構(gòu)，重新讀取配置信息到生效的時(shí)間相對(duì)計(jì)算時(shí)間很小，具有實(shí)時(shí)性的特性。

重構(gòu)方式根據(jù)重構(gòu)的空間性也可分為完全重構(gòu)和部分重構(gòu)。完全重構(gòu)一次重構(gòu)對(duì)所有運(yùn)算資源功能及它們之間的互連進(jìn)行重構(gòu)，而部分重構(gòu)可以在空間上將計(jì)算網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域可以被重構(gòu)乘特定的功能，同時(shí)不會(huì)影響到其他區(qū)域的當(dāng)前狀態(tài)。部分重構(gòu)可以有效減少配置信息量，提高配置效率。動(dòng)態(tài)重構(gòu)和部分重構(gòu)可以有效的提高重構(gòu)的實(shí)時(shí)性和能效性，是當(dāng)前的可重構(gòu)計(jì)算領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種可擴(kuò)展的支持動(dòng)態(tài)部分重構(gòu)的可重構(gòu)計(jì)算配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具體由以下方案實(shí)現(xiàn)：

可擴(kuò)展的支持動(dòng)態(tài)部分重構(gòu)的可重構(gòu)計(jì)算配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用多層次嵌套樹(shù)形結(jié)構(gòu)形成配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，配置流每一次改變配置路徑方向都擴(kuò)展兩個(gè)配置方向，形成一條配置鏈上配置串行傳遞、多條配置鏈上配置并行傳遞的串并行混合配置的重構(gòu)方式，多層次嵌套樹(shù)形結(jié)構(gòu)由至少一個(gè)雙樹(shù)配置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與一個(gè)雙向主干配置鏈組成，雙樹(shù)配置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由兩個(gè)單樹(shù)配置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成，每個(gè)單樹(shù)配置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均與可重構(gòu)計(jì)算單元相連。

可擴(kuò)展的支持動(dòng)態(tài)部分重構(gòu)的可重構(gòu)計(jì)算配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，可重構(gòu)計(jì)算配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，基于配置包進(jìn)行配置流的傳遞，通過(guò)i型配置過(guò)濾器和ii型配置過(guò)濾器過(guò)濾配置包的傳遞，每個(gè)可重構(gòu)計(jì)算單元分別與配置過(guò)濾器的寄存輸出端連接。

可擴(kuò)展的支持動(dòng)態(tài)部分重構(gòu)的可重構(gòu)計(jì)算配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，單樹(shù)配置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括一條主干配置鏈和多條分支配置鏈，主干配置鏈和分支配置鏈由一個(gè)ii型配置過(guò)濾器與至少一個(gè)i型配置過(guò)濾器組成。

可擴(kuò)展的支持動(dòng)態(tài)部分重構(gòu)的可重構(gòu)計(jì)算配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，多層次嵌套樹(shù)形結(jié)構(gòu)中，在每個(gè)雙樹(shù)配置結(jié)構(gòu)與雙向主干配置鏈連接處兩側(cè)設(shè)置有與該雙樹(shù)結(jié)構(gòu)寬度數(shù)目一致的i型配置過(guò)濾器。

可擴(kuò)展的支持動(dòng)態(tài)部分重構(gòu)的可重構(gòu)計(jì)算配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，多層次嵌套樹(shù)形結(jié)構(gòu)中，雙向主干配置鏈上在相鄰的兩個(gè)雙樹(shù)配置結(jié)構(gòu)間都存在一個(gè)i型配置過(guò)濾器。

可擴(kuò)展的支持動(dòng)態(tài)部分重構(gòu)的可重構(gòu)計(jì)算配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，多層次嵌套樹(shù)形結(jié)構(gòu)中，在每個(gè)雙樹(shù)配置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的配置流入口處設(shè)有一個(gè)ii型配置過(guò)濾器。

可擴(kuò)展的支持動(dòng)態(tài)部分重構(gòu)的可重構(gòu)計(jì)算配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，配置包由若干固定位寬的配置片組成，頭部數(shù)個(gè)配置片分別表示配置包的配置對(duì)象標(biāo)識(shí)和配置包的長(zhǎng)度，配置包尾部的配置片是配置的具體信息。

可擴(kuò)展的支持動(dòng)態(tài)部分重構(gòu)的可重構(gòu)計(jì)算配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，配置對(duì)象標(biāo)識(shí)由兩部分組成，分別為配置過(guò)濾器標(biāo)識(shí)和用于從該配置過(guò)濾器接收配置信息的可重構(gòu)單元標(biāo)識(shí)。

可擴(kuò)展的支持動(dòng)態(tài)部分重構(gòu)的可重構(gòu)計(jì)算配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，可重構(gòu)單元標(biāo)識(shí)的位寬為k，k取0或1。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）本發(fā)明的可重構(gòu)計(jì)算配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的配置網(wǎng)絡(luò)由多層次的配置樹(shù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，有效縮短最長(zhǎng)配置路徑長(zhǎng)度，混合串并行配置，多方向配置流并行配置。

（2）本發(fā)明的可重構(gòu)計(jì)算配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的配置網(wǎng)絡(luò)具有良好的可擴(kuò)展性，能夠適應(yīng)不同規(guī)模的可重構(gòu)計(jì)算資源的配置。

（3）本發(fā)明的可重構(gòu)計(jì)算配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)支持動(dòng)態(tài)配置和部分配置。

附圖說(shuō)明

圖1為單樹(shù)配置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為雙樹(shù)配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)示意圖。

圖3為嵌套樹(shù)配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)示意圖。

圖4為最長(zhǎng)配置流路徑長(zhǎng)度對(duì)比圖。

圖5為平均配置包功耗對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例的可擴(kuò)展的支持動(dòng)態(tài)部分重構(gòu)的可重構(gòu)計(jì)算配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用多層次嵌套樹(shù)形結(jié)構(gòu)形成配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，配置流每一次改變配置路徑方向都擴(kuò)展兩個(gè)配置方向，形成一條配置鏈上配置串行傳遞、多條配置鏈上配置并行傳遞的串并行混合配置的重構(gòu)方式，多層次嵌套樹(shù)形結(jié)構(gòu)由至少一個(gè)雙樹(shù)配置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與一個(gè)雙向主干配置鏈組成。雙樹(shù)配置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由兩個(gè)單樹(shù)配置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成。每個(gè)單樹(shù)配置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均與可重構(gòu)計(jì)算單元相連。

該系統(tǒng)架構(gòu)基于配置包進(jìn)行配置流的傳遞，通過(guò)i型配置過(guò)濾器和ii型配置過(guò)濾器過(guò)濾配置包的傳遞。配置包由一定長(zhǎng)度且固定位寬的配置片組成。位于頭部的數(shù)個(gè)配置片分別表示配置包的配置對(duì)象標(biāo)識(shí)和配置包的長(zhǎng)度。配置對(duì)象標(biāo)志由兩部分組成，分別為配置過(guò)濾器標(biāo)識(shí)和從該配置過(guò)濾器接收配置信息的可重構(gòu)單元的標(biāo)識(shí)。若每個(gè)配置過(guò)濾器后僅連接一個(gè)可重構(gòu)單元，則可重構(gòu)單元標(biāo)識(shí)位寬為0，配置過(guò)濾器標(biāo)識(shí)即可重構(gòu)單元標(biāo)識(shí)。配置包尾部的配置片是配置的具體信息，由配置對(duì)象可重構(gòu)計(jì)算單元進(jìn)行解析以重構(gòu)自身功能和互連。

樹(shù)形配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)根據(jù)可重構(gòu)計(jì)算單元的數(shù)量和配置信息粒度確定配置包的粒度，即組成配置包的配置片的位寬。通常情況下，第一個(gè)配置片標(biāo)志該配置包待配置對(duì)象的標(biāo)識(shí)，第二個(gè)配置片代表該配置包的長(zhǎng)度，即包中配置片的數(shù)目。在單元數(shù)量較大而計(jì)算單元配置信息粒度較小情況下，可以考慮使用多個(gè)配置片代表待配置對(duì)象的標(biāo)識(shí)。

配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)是單樹(shù)配置結(jié)構(gòu)，如附圖1所示。單樹(shù)配置結(jié)構(gòu)有一條主干配置鏈和多條分支配置鏈構(gòu)成。主干配置鏈和分支配置鏈的第一個(gè)配置過(guò)濾器為ii型配置過(guò)濾器，其他為i型配置過(guò)濾器。配置過(guò)濾器的標(biāo)識(shí)編號(hào)順序如附圖1和附圖2所示。隨高度增大，先對(duì)主干配置過(guò)濾器編號(hào)，然后分別對(duì)分枝配置過(guò)濾器編號(hào)。i型配置過(guò)濾器傳遞配置過(guò)濾器標(biāo)識(shí)大于或等于自身標(biāo)識(shí)的配置包，而可以通過(guò)ii型配置過(guò)濾器的配置包則額外要求配置過(guò)濾器標(biāo)識(shí)不大于本分枝或樹(shù)的最大配置過(guò)濾器標(biāo)識(shí)。

如圖2，雙樹(shù)配置配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是本發(fā)明的基本配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由兩個(gè)單樹(shù)配置結(jié)構(gòu)組成，由圖可知，兩個(gè)單樹(shù)配置結(jié)構(gòu)通過(guò)兩個(gè)ii型配置過(guò)濾器相互連接實(shí)現(xiàn)通信連接。嵌套樹(shù)配置網(wǎng)路架構(gòu)由多個(gè)雙樹(shù)配置網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)雙向主干配置鏈構(gòu)成。雙向主干配置鏈上，在每個(gè)雙樹(shù)配置結(jié)構(gòu)與配置鏈連接處兩側(cè)存在于該雙樹(shù)結(jié)構(gòu)寬度數(shù)目一致的i型配置過(guò)濾器；且在相鄰的兩個(gè)雙樹(shù)配置結(jié)構(gòu)間都存在一個(gè)i型配置過(guò)濾器；同時(shí)，在配置流入口兩側(cè)各有一個(gè)ii型配置過(guò)濾器。嵌套樹(shù)配置網(wǎng)路架構(gòu)的層次更深，可進(jìn)一步縮短最長(zhǎng)配置流路徑。

對(duì)于可重構(gòu)架構(gòu)的資源，2^k個(gè)可重構(gòu)計(jì)算單元連接到配置過(guò)濾器的寄存輸出端，匹配配置過(guò)濾器輸出的配置包的配置對(duì)象標(biāo)識(shí)，當(dāng)標(biāo)識(shí)與自身標(biāo)識(shí)一致時(shí)，計(jì)算單元接收并根據(jù)自身特性解析配置包中配置信息。k等于配置對(duì)象標(biāo)識(shí)的可重構(gòu)單元標(biāo)識(shí)的位寬，應(yīng)根據(jù)可重構(gòu)計(jì)算單元粒度確定適宜的k值，一般情況下取0或1。

在擴(kuò)展方面，對(duì)于雙樹(shù)架構(gòu)可以通過(guò)增加樹(shù)的高度和寬度進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展；對(duì)于嵌套樹(shù)架構(gòu)可以通過(guò)增加雙樹(shù)結(jié)構(gòu)的數(shù)目達(dá)到擴(kuò)展的目的。

在每一配置過(guò)濾器連接一個(gè)計(jì)算資源和配置包粒度為16的條件下，使用synopsysdc綜合工具和40nmcmos工藝對(duì)雙樹(shù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和現(xiàn)有的配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行綜合和對(duì)比，邏輯資源平均增加0.04%，可認(rèn)為幾乎沒(méi)有增加，而互連線數(shù)目則平均減少了0.152%；在每個(gè)配置過(guò)濾器連接兩個(gè)計(jì)算資源的條件下，對(duì)同樣的計(jì)算資源，配置網(wǎng)絡(luò)邏輯資源平均減少49.98%。最長(zhǎng)配置流路徑長(zhǎng)度縮短75%~97%，配置功耗平均減少71%~98%，參見(jiàn)圖4、圖5。其中，圖5中p表示一個(gè)配置包經(jīng)過(guò)過(guò)濾器引起的功耗。

本實(shí)施例的可重構(gòu)計(jì)算配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的配置網(wǎng)絡(luò)由多層次的配置樹(shù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，有效縮短最長(zhǎng)配置路徑長(zhǎng)度，混合串并行配置，多方向配置流并行配置。另外，該配置網(wǎng)絡(luò)具有良好的可擴(kuò)展性，能夠適應(yīng)不同規(guī)模的可重構(gòu)計(jì)算資源的配置。最后，可重構(gòu)計(jì)算配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也支持動(dòng)態(tài)配置和部分配置。

該架構(gòu)為多層次網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以樹(shù)形結(jié)構(gòu)為基本單元，有效地縮短了最長(zhǎng)配置流路徑長(zhǎng)度；該架構(gòu)混合串并行配置鏈路，多方向配置鏈路可并行配置，有效縮短了配置時(shí)間和配置功耗；該架構(gòu)以單樹(shù)結(jié)構(gòu)為基本構(gòu)成單元，基本形態(tài)為雙樹(shù)架構(gòu)，可以擴(kuò)展為嵌套樹(shù)架構(gòu)，具有良好的可擴(kuò)展性，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求擴(kuò)展或縮小網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，適合于可重構(gòu)計(jì)算架構(gòu)的vlsi的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其本發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。