可重构系统中硬件任务的抽象及通信机制的设计与实现

摘要

随着微电子技术和计算机技术的快速发展，基于FPGA的动态可重构技术逐渐成为国际上嵌入式计算领域中的一个新热点。由FPGA和CPU构成的动态可重构混合系统由于具有计算性能高、灵活性强、适用范围广等优点，为复杂的嵌入式应用提供了新的解决方案，特别是在目前“数字汇聚”的趋势下，可重构混合系统更能够发挥其计算优势。
　　在传统操作系统概念中，CPU以外的计算资源都是被作为系统外围I/O设备来进行统一管理的。然而，伴随着FPGA硬件技术的飞速发展和支持局部动态可重构技术硬件的出现，可重配置计算器件已经逐渐成为系统中与CPU并列的计算资源。此时，操作系统传统的资源管理方式已经成为了FPGA应用性能提升的瓶颈，制约着CPU/FPGA混合系统的应用与发展。为此，国内外相关研究人员根据可重构硬件的特点提出了以任务模型管理可重配置计算资源的方法，以努力克服传统计算资源管理方法带来的应用局限。
　　本文分别从硬件任务在系统中的抽象以及硬件任务的通信机制两个方面对混合系统中硬件资源的进程化模型进行了深入的研究，比较了不同设计方案的优势与不足，提出了符合系统模型的进程化实现方法。在硬件任务抽象方面，分别从硬件任务的软件部分与硬件部分两个方面完成了任务抽象的语义功能，实现了软硬件任务的统一调度与管理;在通信机制层面，根据硬件任务模型，为硬件任务设计出了统一的软硬件通信机制。最后，通过系统实验验证了设计的可行性与正确性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 问题的提出及定义

1．3 国内外相关研究

1．4 论文主要工作

1．5 论文组织结构

第二章 相关技术

2．1 可重配置的相关技术

2．2 CPU／FGPA混合平台系统的基本原理

2．3 硬件任务模型概述

2．4 Linux操作系统及内核简介

2．5 本章小结

第三章 硬件任务抽象

3．1 系统模型

3．1．1 计算模型的选择

3．1．2 可重配置资源的管理

3．1．3 硬件任务模型

3．2 硬件任务在系统中的抽象

3．2．1 硬件任务的软件部分

3．2．2 硬件任务的生命周期

3．2．3 系统辅助软件部分

3．3 硬件接口层

3．3．1 统一的硬件数据结构

3．3．2 统一的硬件接口函数

3．4 本章小结

第四章 硬件任务通信机制

4．1 传统的可重构通信机制

4．2 软件任务间通信

4．3 软件任务与硬件任务间通信

4．3．1 硬件任务通信模型

4．3．2 中断处理及中断下半部机制

4．3．3 通信机制的实现

4．4 硬件任务间通信

4．5 本章小结

第五章 系统测试及结果分析

5．1 硬件任务抽象实验结果演示

5．2 软硬件任务通信实验结果演示

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 未来的研究

参考文献

致谢

研究生阶段的科研情况