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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CCM109

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