基于FPGA的动态可重构体系结构
摘 要：提出了一种基于FPGA的动态可重构系统的设计方案。该系统以协处理器的形式与LEON2通用处理器构成主／协处理器结构，并通过寄存器与网络来保存和传递数据流和配置流，实现了二者的优势互补。以具体实验对该方案进行了验证。
关键词：动态可重构；阵列；FPGA
可重构结构是一种可以根据运算情况重组自身资源，实现硬件结构自我优化、自我生成的计算技术。动态可重构可快速实现器件的逻辑重建，它的出现为处理大规模计算问题 提供了一种兼具通用处理器灵活性和ASIC电路高速性的解决方案。在本文中，我们提出了一种基于FPGA的动态可重构结构的设计方案，该结构以协处理器的形式与LEON2通 用处理器构成主／协处理器结构，它拥有独立的内部状态寄存器，并支持数据总线直接存取和通过主处理器间接存取两种存储器访问方式，因而充分利用了通用处理器在一般事务性处理中成熟、可靠与动态可重构结构在处理有规律运算时灵活、高效的特点，实现了二者的优势互补。该可重构协处理器结构的主体为由重构寄存器组、内部网络和可重构处理单元构成的二维阵列，可以通过重构寄存器动态配置处理单元的互连及处理单元的功能，实现基于配置流与数据流的计算，并运用于综合测量图像数据处理系统。
1 系统总体设计
动态可重构协处理器与主处理器的总体结构见图1。虚线方框中为LEON2的结构，LEON系列处理器是一种为欧洲空间项目研究开发的高性能32位处理器，它采用IEEE- 1754(SPARC V8)结构，专为片上嵌入式系统而设计。LEON2 适应完全开放的VHDL源代码，允许用户在GNU LGPL协议下自由修改，为协处理器提供了一个开放内部流水控制寄存 器的接口，实现协处理器与主处理器同步的指令流水处理。
整数处理单元、指令Cache、数据Cache和存储器管理单元构成了LEON2处理器的运算核心，而AHB和APB两级总线构成了处理器的外围数据总线，并通过AHB／APB总线桥相连接。通过两级总线的联合使用，LEON2可以与不同带宽的存储器和外部接口相连接。
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关键词：动态可重构；阵列；FPGA
可重构结构是一种可以根据运算情况重组自身资源，实现硬件结构自我优化、自我生成的计算技术。动态可重构可快速实现器件的逻辑重建，它的出现为处理大规模计算问题 提供了一种兼具通用处理器灵活性和ASIC电路高速性的解决方案。在本文中，我们提出了一种基于FPGA的动态可重构结构的设计方案，该结构以协处理器的形式与LEON2通 用处理器构成主／协处理器结构，它拥有独立的内部状态寄存器，并支持数据总线直接存取和通过主处理器间接存取两种存储器访问方式，因而充分利用了通用处理器在一般事务性处理中成熟、可靠与动态可重构结构在处理有规律运算时灵活、高效的特点，实现了二者的优势互补。该可重构协处理器结构的主体为由重构寄存器组、内部网络和可重构处理单元构成的二维阵列，可以通过重构寄存器动态配置处理单元的互连及处理单元的功能，实现基于配置流与数据流的计算，并运用于综合测量图像数据处理系统。
1 系统总体设计
动态可重构协处理器与主处理器的总体结构见图1。虚线方框中为LEON2的结构，LEON系列处理器是一种为欧洲空间项目研究开发的高性能32位处理器，它采用IEEE- 1754(SPARC V8)结构，专为片上嵌入式系统而设计。LEON2 适应完全开放的VHDL源代码，允许用户在GNU LGPL协议下自由修改，为协处理器提供了一个开放内部流水控制寄存 器的接口，实现协处理器与主处理器同步的指令流水处理。
整数处理单元、指令Cache、数据Cache和存储器管理单元构成了LEON2处理器的运算核心，而AHB和APB两级总线构成了处理器的外围数据总线，并通过AHB／APB总线桥相连接。通过两级总线的联合使用，LEON2可以与不同带宽的存储器和外部接口相连接。
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