【摘要】：隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展和日趨復(fù)雜的應(yīng)用需求,可重構(gòu)計算已成為微電子、電子工程和計算機(jī)科學(xué)等學(xué)科中熱門的研究課題。作為一種時空域上的計算模式,它既能在設(shè)計實(shí)現(xiàn)時利用可重構(gòu)器件定制專用的計算部件,又能夠?qū)τ嬎阗Y源進(jìn)行復(fù)用以實(shí)現(xiàn)多個不同的計算任務(wù)。通過對特定應(yīng)用領(lǐng)域的相關(guān)算法進(jìn)行分析和優(yōu)化,可設(shè)計出更加靈活高效的可重構(gòu)計算結(jié)構(gòu)。本文從適合可重構(gòu)計算的專用領(lǐng)域入手,對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了有益的探索和嘗試,主要做了如下工作： 首先,本文對包括數(shù)字信號處理、圖像視頻多媒體、通信和加解密在內(nèi)的領(lǐng)域?qū)Ｓ脩?yīng)用算法進(jìn)行了分析,提取出相應(yīng)的基本運(yùn)算集合。在這些基本運(yùn)算集合中,常數(shù)乘法是一種應(yīng)用廣泛的運(yùn)算,在乘法運(yùn)算中的比例超過20%。并且在輸出數(shù)越多以及配置數(shù)小于6時,基于加減法器移位器和多路選擇器的常數(shù)乘法器與通用乘法器相比,在面積上具有優(yōu)勢。 其次,已有的常數(shù)乘算法在解決多標(biāo)準(zhǔn)多輸出應(yīng)用問題時要付出不菲的面積代價,本文提出一種優(yōu)化的可重配置多輸出常數(shù)乘算法。該算法分別運(yùn)用局部優(yōu)化和全局優(yōu)化兩種策略,尋找并利用多常數(shù)乘法器之間的拓?fù)湎嗨贫纫赃M(jìn)行融合,實(shí)現(xiàn)了對加法器空間和時間上的共用。通過實(shí)現(xiàn)一個統(tǒng)一框架下的常數(shù)乘法器自動生成軟件工具,可方便地得到各類常數(shù)乘法器的硬件結(jié)構(gòu)。 此外,本文利用可重配置多輸出常數(shù)乘算法設(shè)計實(shí)現(xiàn)了適用于視頻編解碼的可重構(gòu)多變換結(jié)構(gòu)。該多變換結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于4種主流標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時1080P高清視頻編解碼處理,實(shí)現(xiàn)不同標(biāo)準(zhǔn)下的靜態(tài)重構(gòu)以及正反變換的動態(tài)重構(gòu)。該結(jié)構(gòu)采用130nm工藝實(shí)現(xiàn),綜合后面積為23060門,最高運(yùn)行頻率可達(dá)到100MHz。 最后,本文提出一種新型粗粒度可重構(gòu)計算單元結(jié)構(gòu)。該計算單元由可重配置加減法器、可重配置移位器、多路選擇器和取補(bǔ)碼單元組成,可實(shí)現(xiàn)基于加法和乘法的各類領(lǐng)域?qū)Ｓ贸Ｓ眠\(yùn)算。這是一種應(yīng)用驅(qū)動的、非指令執(zhí)行、數(shù)據(jù)級并行且高度可擴(kuò)展的可重構(gòu)計算結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)采用130nm工藝實(shí)現(xiàn),綜合后面積為2964門,最高運(yùn)行頻率可達(dá)到55MHz。
【圖文】：

圖1.2Fixed一尸泊s一Variable結(jié)構(gòu)計算機(jī)目前興起的可重構(gòu)計算技術(shù)，其基本思想是受可編程邏輯器件編程能力的啟發(fā)并在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。美國加州大學(xué)伯克利分校的AndreDehon于1999年DAC會議上提出一類計算組織結(jié)構(gòu)「71。相比于其他組織結(jié)構(gòu)，該類結(jié)構(gòu)具有兩個突出的特點(diǎn):(l)相比基于ASIC的硬件實(shí)現(xiàn)方式，可在生產(chǎn)加工之后由用戶定制，來完成任意功能;(2)相比基于處理器的軟件實(shí)現(xiàn)方式，可實(shí)現(xiàn)算法到結(jié)構(gòu)的空間映射。凡是具備這兩個特點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方式都屬于可重構(gòu)計算范疇�？芍貥�(gòu)計算改變了傳統(tǒng)的軟件和硬件的界限，用可編程器件為更強(qiáng)的計算能力和密度提供了可能性，同時也對傳統(tǒng)CAD技術(shù)提出了更高的要求。著名的Makimoto曲線【8]揭示了半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律，，如圖1.3所示。該曲線在1991年由TsugioMakimot。首次提出，并在2002年FPT會議上進(jìn)行了拓展。其基本思想是半導(dǎo)體產(chǎn)品以二十年為一個循環(huán)周期，按照標(biāo)準(zhǔn)通用(StandardiZatinn)和定制專用(Customization)兩個方向每隔十年交替發(fā)展，并

第1章引言處于的第三個循環(huán)(1997一2017)，正由標(biāo)準(zhǔn)通用階段跨入定制專用階段，該循環(huán)的主流產(chǎn)品是現(xiàn)場可編程器件和正在發(fā)展中的可編程片上系統(tǒng)，其特點(diǎn)是以結(jié)構(gòu)性編程為特征，即通過可重構(gòu)邏輯器件來實(shí)現(xiàn)算法。Makimoto曲線指出:現(xiàn)場可編程技術(shù)將在數(shù)字消費(fèi)類市場扮演重要的角色，即生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化和應(yīng)用定制化，而日趨嚴(yán)重的功耗問題則會加速領(lǐng)域?qū)Ｓ枚ㄖ苹倪M(jìn)程。Stand日心份ation
【學(xué)位授予單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TP338;TN402

【參考文獻(xiàn)】

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1 陸雯青;基于多類型運(yùn)算單元的動態(tài)可重構(gòu)基帶處理架構(gòu)與電路設(shè)計方法研究[D];復(fù)旦大學(xué);2011年

2 羅賽;可重構(gòu)計算系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究與實(shí)現(xiàn)[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

3 段然;嵌入式可重構(gòu)DSP體系結(jié)構(gòu)研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2005年

4 周博;可重構(gòu)計算的操作系統(tǒng)支持研究[D];復(fù)旦大學(xué);2006年

5 孫康;可重構(gòu)計算相關(guān)技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2007年

6 侯慧;基于FPGA的可重配置片上系統(tǒng)[D];復(fù)旦大學(xué);2008年

7 王穎;嵌入式可重構(gòu)計算系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)研究[D];復(fù)旦大學(xué);2009年

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1 李楠;快速乘法器的設(shè)計[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

本文編號：2653764