第1章 绪论 1
1.1 处理器体系结构的发展 1
1.2 可重构计算发展 3
1.3 可重构计算的优势 4
1.4 面向多核系统的可重构计算的研究意义 5
第2章 多核体系结构与可重构计算进展 9
2.1 多核体系结构研究进展 9
2.1.1 片上多处理器体系结构 9
2.1.2 片上互连结构 11
2.2 可重构硬件研究进展 14
2.2.1 可重构器件 14
2.2.2 动态重配置模式 16
2.2.3 多上下文可重构硬件 17
2.3 可重构处理器体系研究进展 18
2.3.1 单通用核可重构处理器 19
2.3.2 可重构多核处理器结构 25
2.4 软硬件任务运行时环境研究进展 26
2.4.1 可重构器件空间管理 26
2.4.2 软硬件任务模型 28
2.4.3 硬件任务调度管理研究进展 29
2.5 重配置代价优化研究进展 32
2.5.1 配置缓存 33
2.5.2 配置预取 34
2.5.3 局部可重构系统中重定位和碎片整理 34
2.5.4 配置压缩 35
2.6 面向片上网络多核系统的研究进展 35
2.6.1 片上网络基本拓扑结构 35
2.6.2 片上网络的结构优化研究进展 36
2.6.3 片上网络的I/O研究进展 37
2.7 目前研究存在的问题 38
第3章 面向多核系统的可重构计算研究概述 40
3.1 整体研究框架 40
3.2 研究内容概述 43
3.2.1 可重构器件片上面积管理 43
3.2.2 面向可重构计算的硬件线程 44
3.2.3 可重构多核处理器体系结构 45
3.2.4 多核架构上可重构任务的系统支持 46
3.2.5 约束驱动的可重构加速核性能面积优化 47
3.2.6 面向片上网络的扩展研究 47
3.3 性能分析 49
3.3.1 性能分析内容 49
3.3.2 实验与验证方法 50
3.3.3 系统模拟平台扩展 51
3.3.4 硬件加速核的验证平台 52
3.3.5 操作系统和应用程序修改 53
第4章 可重构器件空间管理与配置优化 54
4.1 可重构器件模型 54
4.2 可重构器件上的任务模型 56
4.3 空闲空间管理方法 57
4.3.1 候选位置 57
4.3.2 可用候选位置 59
4.3.3 任务的插入 60
4.3.4 任务的清除 61
4.3.5 算法描述 62
4.4 流水化配置优化 64
4.4.1 重配置叠加与流水 64
4.4.2 中间数据缓冲 66
4.5 验证与分析 68
4.5.1 分配质量分析 68
4.5.2 计算复杂度 70
4.5.3 流水化配置优化验证与分析 71
第5章 基于可重构计算的硬件线程 76
5.1 混合架构模型 76
5.2 硬件线程模型 77
5.2.1 软硬件混合多线程 77
5.2.2 软硬件线程运行时映射 79
5.3 硬件线程执行机制 80
5.3.1 硬件线程控制块 80
5.3.2 硬件线程执行器 81
5.3.3 软硬件线程的协同执行 84
5.4 硬件调度器 86
5.4.1 硬件支持的调度 86
5.4.2 硬件调度器设计 90
5.5 验证与分析 94
5.5.1 硬件线程的验证与分析 94
5.5.2 硬件调度器的验证与分析 98
第6章 可重构多核处理器结构设计 100
6.1 可重构多核处理器模型 100
6.1.1 可重构多核处理器结构模型 100
6.1.2 可重构处理单元执行效率 102
6.1.3 可重构多核处理器结构设计优化目标 103
6.2 一种可重构多核处理器总体结构设计 104
6.3 通用处理核结构扩展研究 105
6.3.1 通用处理核接口和指令扩展 105
6.3.2 互连结构 107
6.4 RPU的结构设计 108
6.4.1 RPU的CLA和CCM 109
6.4.2 输入缓存的设计和组织 111
6.5 RPU管理器设计 111
6.5.1 配置上下文查找单元 112
6.5.2 执行控制单元 115
6.5.3 选通控制单元 116
6.6 结构模型参数 117
6.7 可重构多核处理器结构的验证与分析 117
6.7.1 单任务实验验证与分析 117
6.7.2 多任务实验验证与分析 124
第7章 多核架构上可重构任务的系统支持 130
7.1 可重构计算资源抽象与处理模式 130
7.1.1 可重构资源抽象模型 130
7.1.2 RPU和RFC的状态抽象 131
7.1.3 执行与配置分离处理模式 133
7.2 可重构任务的程序组织与执行 134
7.2.1 可重构任务的程序组织 134
7.2.2 硬件任务的执行机制 135
7.2.3 RFC的配置构造 137
7.3 可重构任务的调度管理 139
7.3.1 可重构任务抽象模型 139
7.3.2 问题描述 141
7.3.3 多配置上下文结构上的多任务调度策略 142
7.3.4 调度策略评价指标 148
7.4 可重构任务管理调度的验证与分析 149
7.4.1 实验设置 149
7.4.2 运行性能结果与分析 149
7.4.3 请求命中率结果与分析 151
7.4.4 资源利用率结果与分析 152
7.4.5 重配置开销结果与分析 152
7.4.6 调度管理代价结果与分析 153
第8章 约束驱动的可重构加速核性能资源优化 155
8.1 约束驱动的RFC实现优化选取模型 155
8.1.1 系统性能约束因素分析 155
8.1.2 约束驱动的选取模型 157
8.2 约束驱动的RFC实现优化选取机制 158
8.3 带宽约束驱动的RFC选取优化 160
8.3.1 带宽约束驱动的优化选取 160
8.3.2 带宽约束驱动优化的案例研究 161
8.4 输入数据约束驱动的RFC选取优化 163
8.4.1 输入数据约束驱动的优化选取 163
8.4.2 输入数据驱动优化的案例研究 165
8.5 约束驱动的功能核选取验证与分析 168
8.5.1 带宽驱动的功能核优化选取 168
8.5.2 输入数据驱动的功能核优化选取 171
第9章 面向片上互连的扩展研究 175
9.1 局部总线与片上网络混合结构 175
9.1.1 混合结构设计 175
9.1.2 线程调度支持 176
9.2 基于可配置连线的片上网络结构 178
9.2.1 基于可配置连线的片上网络结构设计 178
9.2.2 支持I/O的结构设计 181
9.2.3 重配置与映射 182
9.3 低功耗片上网络多线程映射算法 183
9.3.1 片上网络功耗模型 183
9.3.2 低功耗映射算法 185
9.3.3 在线低功耗映射 187
9.4 实验与验证 188
9.4.1 混合片上网络结构的验证与分析 188
9.4.2 可重配置连线片上网络的验证与分析 190
9.4.3 低功耗映射算法的验证与分析 194
参考文献 199