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粗粒度可重新配置处理器上的硬件虚拟化。 (英语) Zbl 1104.68301号

技术信息。亚琛:Shaker Verlag(ISBN 3-8322-5561-3)。xiv,142页。(2006年)。
摘要:在本论文中,我们建议使用可重构处理器作为嵌入式系统中的主要计算元素,用于多媒体和通信领域的应用。可重构处理器将嵌入式CPU内核与可重构处理单元(RPU)集成在一起。我们的许多目标应用程序都需要对数据流进行实时信号处理,并暴露出很高的计算要求。
为这些应用程序设计嵌入式系统的关键挑战是找到一个满足性能目标并适应新应用程序的实现,同时将系统成本降至最低。仅使用嵌入式CPU的实现很可能无法实现性能目标。基于专用集成电路(ASIC)的协处理器可用于某些具有固定功能的高容量产品,但不适用于具有不同应用的系统。
我们认为,具有适度大小的粗粒度、动态可重构阵列的可重构处理器为我们的应用领域提供了一个有吸引力的实现平台。计算密集型应用程序内核在RPU上执行,而应用程序的其余部分在CPU上执行。可配置硬件允许以高性能实现特定于应用程序的协处理器,而协处理器的功能由于可编程性仍然可以进行调整。到目前为止,可重构技术主要用于静态配置的嵌入式系统,例如用于实现胶逻辑、替换ASIC和实现固定功能协处理器。在运行时更改配置可以实现许多有趣的应用程序模式,例如,协处理器的按需加载和协处理器的时间多路执行,这通常表示为硬件虚拟化。虽然静态配置的使用得到了设计工具的充分理解和支持,但动态重新配置的作用还没有得到很好的研究。当前的应用程序规范方法和设计工具没有提供考虑动态重新配置的端到端工具流。我们方法的一个关键思想是通过保持可重新配置阵列的小尺寸来降低系统成本,并使用硬件虚拟化技术来补偿有限的硬件资源。
本文的主要贡献是协同设计了一个名为ZIPPY的可重构处理器体系结构、相应的硬件和软件实现工具,以及一个明确考虑硬件虚拟化的应用程序规范模型。ZIPPY体系结构被广泛参数化,并允许指定整个处理器体系结构系列。实现工具也被参数化,可以针对任何架构变体。我们使用系统级、循环精确的模拟框架评估体系结构的性能。该框架使我们能够对各种可重构处理器体系结构进行设计空间探索。通过两个案例研究,我们证明了Zippy体系结构上的硬件虚拟化是可行的,并使我们能够权衡嵌入式系统中各个领域的性能。最后,我们提出了一种新的时序电路最优时间划分方法,这是硬件虚拟化的一种重要形式。基于减速和重新定时的方法允许我们将任何时序电路分解为若干较小的通信子电路,这些子电路可以在动态可重构架构上执行。

MSC公司:

68-01 与计算机科学相关的介绍性说明(教科书、教程论文等)
68M99型 计算机系统组织

关键词:

嵌入式系统;拉链

软件:

XPP-VC公司
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