一种基于FPGA的可重构计算系统设计
摘要：介绍可重构计算的概念和基于SRAM工艺的FPGA器件的特点。设计了一种基于FPGA器件的可重构计算系统，着重讲述了该系统的在线重配置电路的总体结构，FIFO,FPGA配置逻辑模块、控制寄存器和控制退辑等功能模块及摘统系统的工作流程。最后探讨了可重构计算相关研究面临的问题和发展方向。
关健词：可重构计算，FPGA，在线重配置
一引言 计算目标的实现主要有两种方式:其一是ASIC方法，即使用专用特定的集成电路，以完全硬件的方式来实现计算任务。这种方法的主要特点是为特定计算任务专门设计，充分挖掘问题本身的并行性，利用大规模并行电路进行计算，可得到很高的运算速度及效率，但这种方法的最大缺陷是它几乎没有任何灵活性，或者说是不可编程的，任务稍有变化就必须修改电路。其二是通用微处理器方法，选择处理器的指令依某种算法构成一个新的指令序列，就成了完成特定计算任务的软件。通过修改软件便可达到改变系统功能的目的，而硬件无需做任何改动，这种方法灵活性强，或者说是可编程的，然而这种可编程性是以牺牲系统的性能和速度为代价换来的。可重构计算(Reconfigurable Computing)恰好补充了两者的缺陷，它利用硬件电路进行计算，具有极高的系统性能，同时它还具有可编程性，可以根据应用或中间结果的需要动态配置电路的实现形式，不同的应用在同一可重构计算硬件平台上都能获得非常高的计算加速比M。可重构计算系统的关键特征是通过硬件完成计算从而提高性能，并保留软件手段的灵活性[3)
应用软件的性能需求不断超越计算平台的能力极限，为适应性能需求芯片需要集成各种功能模块，不断复杂化的体系结构导致芯片的晶体管数目不断增加，但是性能的提升速度低于复杂度和集成度的提升速度。可重构的体系结构能够根据不同的计算应用调整自身的硬件资源.可重构计算为如何更有效利用芯片逻辑资源提供了新的发展方向。对于数字信号处理、图像处理、模式识别、密码学、生物信息处理等计算密集型应用，可重构计算技术可以发挥巨大的优势。
基于SRAM工艺的FPGA具有易失性的特点，每次重新加电FPGA都要重配置。这一特点一度被很多用户认为是个不利因素，但由此导致的FPGA器件的资源配置可改变特性刚好满足可重构体系结构的要求，这一特征成为FPGA在许多新领域获得广泛应用的关键，并成为了可重构计算系统发展的持续驱动力量。
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关健词：可重构计算，FPGA，在线重配置
一引言 计算目标的实现主要有两种方式:其一是ASIC方法，即使用专用特定的集成电路，以完全硬件的方式来实现计算任务。这种方法的主要特点是为特定计算任务专门设计，充分挖掘问题本身的并行性，利用大规模并行电路进行计算，可得到很高的运算速度及效率，但这种方法的最大缺陷是它几乎没有任何灵活性，或者说是不可编程的，任务稍有变化就必须修改电路。其二是通用微处理器方法，选择处理器的指令依某种算法构成一个新的指令序列，就成了完成特定计算任务的软件。通过修改软件便可达到改变系统功能的目的，而硬件无需做任何改动，这种方法灵活性强，或者说是可编程的，然而这种可编程性是以牺牲系统的性能和速度为代价换来的。可重构计算(Reconfigurable Computing)恰好补充了两者的缺陷，它利用硬件电路进行计算，具有极高的系统性能，同时它还具有可编程性，可以根据应用或中间结果的需要动态配置电路的实现形式，不同的应用在同一可重构计算硬件平台上都能获得非常高的计算加速比M。可重构计算系统的关键特征是通过硬件完成计算从而提高性能，并保留软件手段的灵活性[3)
应用软件的性能需求不断超越计算平台的能力极限，为适应性能需求芯片需要集成各种功能模块，不断复杂化的体系结构导致芯片的晶体管数目不断增加，但是性能的提升速度低于复杂度和集成度的提升速度。可重构的体系结构能够根据不同的计算应用调整自身的硬件资源.可重构计算为如何更有效利用芯片逻辑资源提供了新的发展方向。对于数字信号处理、图像处理、模式识别、密码学、生物信息处理等计算密集型应用，可重构计算技术可以发挥巨大的优势。
基于SRAM工艺的FPGA具有易失性的特点，每次重新加电FPGA都要重配置。这一特点一度被很多用户认为是个不利因素，但由此导致的FPGA器件的资源配置可改变特性刚好满足可重构体系结构的要求，这一特征成为FPGA在许多新领域获得广泛应用的关键，并成为了可重构计算系统发展的持续驱动力量。
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