【摘要】：可重構(gòu)計算可以針對具體問題，更改自身的硬件配置結(jié)構(gòu)，，使其能夠保持軟件計算的靈活性特點，又能擁有硬件計算的高性能特點，所以其受到研究人員的廣泛重視，成為高性能計算領(lǐng)域的研究熱點之一。整個可重構(gòu)計算的研究內(nèi)容可以分為兩個層次，即可重構(gòu)計算應(yīng)用的研究及可重構(gòu)計算硬件平臺的研究。 應(yīng)用研究層次，可以把研究問題歸類為特定應(yīng)用、通用應(yīng)用兩類。特定應(yīng)用需要對針對特定問題對計算模型、數(shù)據(jù)組織、通信模型、算法實現(xiàn)做出優(yōu)化，使應(yīng)用的性能最大化。而通用應(yīng)用則是希望對一類問題提出泛型模板及構(gòu)建應(yīng)用庫，當(dāng)遇到屬于同一類型的應(yīng)用時可以通過修改開放接口，利用可重構(gòu)計算的硬件可配置特性，得到具體問題的高效解決方案。 硬件平臺研究層次，基本可分為細(xì)粒度可重構(gòu)計算平臺研究及粗粒度可重構(gòu)計算平臺研究兩類。細(xì)粒度可重構(gòu)平臺的研究主要指FPGA芯片的研究。FPGA芯片是當(dāng)今最成熟的可重構(gòu)計算基礎(chǔ)硬件。但由于其有配置時間長、能耗大、布局布線時間長、資源利用率低及數(shù)據(jù)傳輸時延大等缺點，越來越多的研究將重點轉(zhuǎn)移到粗粒度可重構(gòu)計算平臺研究。 本文的研究內(nèi)容完整包括了可重構(gòu)計算研究兩個層次：從應(yīng)用研究入手，深入到硬件結(jié)構(gòu)研究。同時我們的研究可以劃分為三個個方面：特定應(yīng)用研究、通用應(yīng)用研究、及新型可重構(gòu)硬件平臺研究。 特定應(yīng)用研究方面，我們選取在視頻監(jiān)視、安全接觸控制等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景的人臉檢測為例，通過改進(jìn)圖像縮放閾值及縮放算法的選取、積分圖計算流水線結(jié)構(gòu)，使其適應(yīng)可重構(gòu)硬件FPGA的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。實驗結(jié)果也表明基于FPGA的解決方案性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的軟件解決方案。 通用應(yīng)用研究方面，我們選取在數(shù)字邏輯問題、人工智能等方面有重要地位且前人研究沒有解決的遞歸問題為對象，通過劃分遞歸查找樹、平衡遞歸任務(wù)劃分方法構(gòu)造了遞歸問題的通用、并行可重構(gòu)硬件并行解決方案。 新型可重構(gòu)硬件體系結(jié)構(gòu)研究方面，針對現(xiàn)有粗、細(xì)粒度可重構(gòu)硬件的具體缺點，我們提出基于新型的無線互聯(lián)機(jī)制、異構(gòu)的基礎(chǔ)功能單元、高效的任務(wù)調(diào)度優(yōu)化機(jī)制的異構(gòu)可重構(gòu)平臺。真實實驗的對比表明在能耗、性能、配置生成時間上與先前的可重構(gòu)計算平臺相比，我們的異構(gòu)平臺有很大的優(yōu)勢。
[Abstract]:Reconfigurable computing can change its hardware configuration structure so that it can maintain the flexibility of software computing and have the high performance characteristics of hardware computing, so it has been widely paid attention to by researchers, and reconfigurable computing can change its own hardware configuration structure in order to maintain the flexibility of software computing and high performance characteristics of hardware computing. It has become one of the research hotspots in the field of high performance computing. The whole research content of reconfigurable computing can be divided into two levels: the research of reconfigurable computing application and the research of reconfigurable computing hardware platform. At the application research level, the research problems can be classified into two categories: specific application and general application. Specific applications need to optimize the computing model, data organization, communication model and algorithm implementation to maximize the performance of the application. General-purpose applications hope to propose generic templates and build application libraries for a class of problems. When they encounter applications of the same type, they can make use of the hardware configurable characteristics of reconfigurable computing by modifying the open interface. Get efficient solutions to specific problems. The research level of hardware platform can be divided into two categories: fine-grained reconfigurable computing platform and coarse-grained reconfigurable computing platform. The research of fine-grained reconfigurable platform mainly refers to the research of FPGA chip, which is the most mature basic hardware of reconfigurable computing. However, due to its shortcomings such as long configuration time, large energy consumption, long layout and routing time, low resource utilization and large data transmission delay, more and more research focuses on coarse-grained reconfigurable computing platforms. The research contents of this paper include two levels of reconfigurable computing: from the research of application, to the research of hardware architecture. At the same time, our research can be divided into three aspects: specific application research, general application research, and new reconfigurable hardware platform research. In the aspect of specific application research, we choose face detection which is widely used in video surveillance, safe contact control and other fields as an example. By improving the image scaling threshold and the selection of scaling algorithm, we calculate the pipeline structure of integral graph. Adapt it to the infrastructure of reconfigurable hardware FPGA. The experimental results also show that the performance of FPGA-based solutions is much higher than that of traditional software solutions. In the field of general application research, we choose recursive problem which has important position in digital logic problem, artificial intelligence and so on, and has not been solved by predecessors, by dividing recursive search tree, The balanced recursive task partition method constructs a general and parallel reconfigurable hardware parallel solution for recursive problems. In the aspect of research on the new reconfigurable hardware architecture, we propose a new wireless interconnection mechanism, which is based on heterogeneous basic functional units, aiming at the specific shortcomings of the existing coarse and fine-grained reconfigurable hardware. An efficient heterogeneous reconfigurable platform for task scheduling optimization. The comparison of real experiments shows that our heterogeneous platform has great advantages over previous reconfigurable computing platforms in terms of energy consumption, performance and configuration generation time.
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TP38

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：2438456