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基于SOPC的部分自重构系统的研究与设计

作　者: 潘伟
导　师: 李广军
学　校: 电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 可重构 SOPC 部分重构自重构模块化设计
分类号: TP302
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

可重构计算系统是在通用计算机和专用ASIC的基础上发展起来的,它利用了可编程逻辑器件的可重构特性,同时具有通用计算机的灵活性和专用ASIC的高效性,是当前计算机系统结构领域的研究热点。部分重构是一种新兴的可重构计算技术,它使得可重构计算系统在重新配置可重构逻辑器件上的部分计算资源时不会影响器件上其余部分的功能,能实现系统资源的分时复用。与早期的可重构计算技术相比,部分重构技术能够进一步提高资源利用率和系统性能。随着半导体技术的进步,当前的可编程逻辑器件的复杂度已经能够在单个可编程器逻辑件内实现整个系统,即片上可编程系统(System-on-a-Programmable-Chip, SOPC)。自重构系统是一类特殊的基于SOPC的嵌入式系统,它在设计时利用可编程逻辑器件的可重构特性将各种逻辑功能配置到器件上构成系统硬件平台,而在系统运行过程时能够利用可重构逻辑器件内嵌的处理器对系统的重构过程进行控制,无需采用传统的板级重构方式,具有更高速和更灵活的重构能力。虽然当前的可编程逻辑器件已经对部分重构和SOPC的设计提供了相当充分的支持,但是基于SOPC的嵌入式系统开发流程却不能够直接为部分自重构系统的设计提供足够的支持。本论文针对上面的问题,在模块化设计方法学的基础上,把传统的基于SOPC的嵌入式开发流程与基于EAPR的部分重构技术相结合,提出了基于SOPC的部分自重构系统的设计方法。主要内容包括:首先介绍了目前可重构计算技术的研究现状和意义,研究和对比了目前流行的各种部分可重构设计方法,将现有的基于SOPC的嵌入式系统开发流程与基于EAPR的部分重构设计方法相结合来设计部分自重构系统,重点研究了在系统设计过程中如何针对系统实现需求进行系统部件选型与设计以及在系统自重构过程中如何解决对内部配置访问端口进行驱动等关键问题。最后以实现部分自重构的FFT系统为例,详细介绍了设计和实现的流程,并且在Xilinx Virtex-II Pro FPGA上做了测试,结果验证了本论文所提设计方法的可行性和有效性以及自重构系统的重构时间优势。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-13
第一章绪论  13-18
  1.1 课题来源及意义  13-14
  1.2 研究现状及研究意义  14-16
    1.2.1 研究现状  14-15
    1.2.2 研究意义  15-16
  1.3 课题研究内容  16-17
  1.4 本论文的安排  17-18
第二章自重构计算系统基础  18-30
  2.1 可重构计算概述  18-22
    2.1.1 可重构逻辑器件的编程技术  18-19
    2.1.2 可重构逻辑器件的分类  19-22
  2.2 可重构计算系统的基本结构及分类  22-27
    2.2.1 可重构系统的基本结构  22
    2.2.2 可重构系统的分类  22-25
    2.2.3 可重构技术的应用  25-27
  2.3 基于FPGA 的可重构技术  27-29
    2.3.1 FPGA 简介  27
    2.3.2 FPGA 的基本结构  27-28
    2.3.3 FPGA 部分重构技术  28-29
    2.3.4 FPGA 上基于SOPC 的部分自重构技术  29
  2.4 本章小结  29-30
第三章基于EAPR 的部分重构设计方法研究  30-41
  3.1 部分重构技术概述  30-33
    3.1.1 静态重构技术与动态重构技术  30-31
    3.1.2 部分重构技术的优势  31-33
  3.2 部分重构设计方法的研究现状  33-38
    3.2.1 基于定制的部分可重构逻辑器件  33
    3.2.2 基于FPGA 的部分可重构设计方法  33-38
  3.3 基于EAPR 的部分重构设计方法  38-40
    3.3.1 基于EAPR 的部分重构设计流程  38-40
    3.3.2 基于EAPR 的部分重构设计方法的优点  40
  3.4 本章小结  40-41
第四章基于SOPC 的部分自重构系统设计与实现  41-82
  4.1 基于SOPC 的部分自重构系统概述  41-42
  4.2 基于SOPC 的部分自重构系统关键技术研究  42-46
    4.2.1 系统的开发流程  42-44
    4.2.2 模块间的通信  44-45
    4.2.3 内部配置访问端口(ICAP)的操作  45-46
  4.3 基于SOPC 的部分自重构FFT 系统的设计与实现  46-81
    4.3.1 系统的基本结构及设计流程  46-48
    4.3.2 系统硬件设计  48-62
    4.3.3 系统的软件设计  62-67
    4.3.4 系统实现流程  67-81
  4.4 本章小结  81-82
第五章实验测试与结果分析  82-89
  5.1 实验平台介绍  82-85
  5.2 测试方法  85-86
  5.3 测试结果与分析  86-88
  5.4 本章小结  88-89
第六章结束语  89-91
  6.1 总结  89-90
  6.2 展望  90-91
致谢  91-92
参考文献  92-95
附录  95-115
个人简历  115-116
攻读硕士学位期间的研究成果  116-117

基于SOPC的部分自重构系统的研究与设计

内容摘要

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