检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：刘续文西安电子科技大学

学位级别：硕士

局部动态重构内存计算系统是基于内存计算技术的具备局部动态重构能力的一种计算系统,系统能够通过分时复用的方式以有限的资源实现大规模的计算应用。同时,系统实现了存算一体的功能,突破了传统冯诺依曼架构访存带宽的限制,在大数据、... 详细信息

局部动态重构内存计算系统是基于内存计算技术的具备局部动态重构能力的一种计算系统,系统能够通过分时复用的方式以有限的资源实现大规模的计算应用。同时,系统实现了存算一体的功能,突破了传统冯诺依曼架构访存带宽的限制,在大数据、机器学习、生物计算、图像处理等大规模计算应用方面具有广阔的应用前景。有效的资源调度可以通过分时复用重构资源,降低系统延迟,提高并行度和资源利用率,综合提升系统的性能。然而,目前对于局部动态重构内存计算系统资源调度问题的研究较少,缺乏高效的资源调度算法。因此,本文对局部动态重构内存计算系统中的资源调度问题进行研究,主要工作如下:(1)为了表示对重构资源的分时复用,本文在硬件架构的二维平面上引入时间维度,建立了资源调度问题的数学模型。根据资源调度问题的特性提出了二元组的表示方法,可以完整的表示资源调度结果。提出了利用时序图判断资源调度结果可行性的方法。同时,为了提升系统的适用范围,本文提出了多目标优化函数,为后续提出的资源调度算法提供精准的模型支撑。(2)本文基于上述模型和模拟退火算法提出了局部动态重构内存计算系统资源调度算法,并在算法设计时做出了两方面优化。在解的扰动方式方面,算法引入了删除插入的扰动方式,采用增量式评估方法评估解的代价,并使用多目标优化函数保证可行解的优越性,降低了算法的时间复杂度。在退火表方面,将退火过程分为高温和低温两个阶段。在高温阶段快速降温,降低算法的时间复杂度。在低温阶段进行回火,通过拓展解的搜索空间来提升最终解的质量。本文通过实验说明了资源调度模型和局部动态重构内存计算系统资源调度算法中关键参数对系统性能和算法性能的影响,还与传统模拟退火算法、整数规划、分步求解等求解方式进行了比较,并对实验结果进行了分析。实验验证了算法的有效性、高效性和灵活性。算法能够有效解决局部动态重构内存计算系统的资源调度问题,并可以在花费较少求解时间的情况下取得较好质量的解,还可以通过合理调整算法目标函数中影响因子的比例,使算法适配不同的应用场景,并取得良好的效果。

关键词：局部动态重构资源调度模拟退火算法动态可重构系统内存计算

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基于模块化的FPGA局部动态重构设计与实现

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现代导航 2024年第3期15卷 205-210,220页

作者：刘立峰陈少峰中国电子科技集团公司第二十研究所西安710068

针对软件无线电设计理念,提出一种基于模块化的逻辑处理资源可重构方法,主要研究现场可编程门阵列(FPGA)局部动态重构设计与实现方法。重点描述了三种动态可重构功能的设计方法及实现流程,并对系统的局部动态重构进行了实验验证。通过... 详细信息

针对软件无线电设计理念,提出一种基于模块化的逻辑处理资源可重构方法,主要研究现场可编程门阵列(FPGA)局部动态重构设计与实现方法。重点描述了三种动态可重构功能的设计方法及实现流程,并对系统的局部动态重构进行了实验验证。通过实验表明,该架构的FPGA局部动态重构速度快、可靠性高,满足平台动态加载多种波形的需求。

关键词：软件无线电现场可编程门阵列局部动态重构可重构

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基于EAPR的FPGA局部动态重构实现

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空军雷达学院学报 2010年第5期24卷 351-353,357页

作者：肖松李跃华张金林空军雷达学院研究生管理大队武汉430019 空军雷达学院三系武汉430019

针对数字逻辑系统规模扩大出现的单片电路资源利用率下降的问题,提出了一种基于EAPR的FPGA局部动态重构实现方法.该方法结合EAPR设计思想和Virtex-5芯片的特点,通过ISE软件进行模块设计和PlanAhead软件的重构实现,完成了XC5VLX50T(1FF11... 详细信息

针对数字逻辑系统规模扩大出现的单片电路资源利用率下降的问题,提出了一种基于EAPR的FPGA局部动态重构实现方法.该方法结合EAPR设计思想和Virtex-5芯片的特点,通过ISE软件进行模块设计和PlanAhead软件的重构实现,完成了XC5VLX50T(1FF1136)芯片的局部动态重构.仿真和实验结果表明:该方法需下载的文件大小仅为普通方法的21.9%;能实现对芯片内部资源的有效管理和合理利用,为实际工程中利用有限的资源实现更大规模的逻辑设计提供参考.

关键词： EAPR技术现场可编程门阵列局部动态重构

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基于局部动态自重构的微系统芯片低功耗设计研究

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微电子学与计算机 2015年第11期32卷 142-146页

作者：陆振林赵元富焦烨韩逸飞赵光忠北京微电子技术研究所北京100076 中国航天电子技术研究院北京100094

针对航天综合电子系统小型化对国产微系统芯片低功耗的设计要求,提出了一种基于局部动态自重构技术的片内动态时钟管理解决方案.分析微系统芯片功耗的构成,确定了以降低芯片动态功耗为切入点,采用集成数字时钟管理单元DCM替换晶振作为... 详细信息

针对航天综合电子系统小型化对国产微系统芯片低功耗的设计要求,提出了一种基于局部动态自重构技术的片内动态时钟管理解决方案.分析微系统芯片功耗的构成,确定了以降低芯片动态功耗为切入点,采用集成数字时钟管理单元DCM替换晶振作为加速处理单元DSP芯片的时钟源.根据任务执行需求,应用局部动态重构技术,适时动态调整DSP的工作时钟,以降低空负载下芯片的能量损耗.测试结果表明,所提出的方案在保证实时性的同时,有效地降低微系统芯片的整体功耗.

关键词：微系统芯片低功耗动态时钟局部动态重构

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在线动态可重构SoPC系统设计与实现

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电子器件 2011年第6期34卷 695-699页

作者：刘博余隽唐祯安大连理工大学电子科学与技术学院辽宁大连116024

针对SoPC系统远程实时更新的实际需要,设计并实现了一种基于Virtex-ⅡPro XC2VP30平台的在线动态可重构SoPC系统。该系统应用IRL设计理念和局部动态重构技术,利用Xilinx公司的ISE8.2、EDK8.2、PlanAhead10.1和SystemGen-erator10.1等开... 详细信息

针对SoPC系统远程实时更新的实际需要,设计并实现了一种基于Virtex-ⅡPro XC2VP30平台的在线动态可重构SoPC系统。该系统应用IRL设计理念和局部动态重构技术,利用Xilinx公司的ISE8.2、EDK8.2、PlanAhead10.1和SystemGen-erator10.1等开发工具,对算术运算和音频处理模块进行局部动态重构和远程实时更新。经实验结果表明,该系统能够通过局部动态重构技术使电路重构的时间缩短到1s左右,还能够完成配置文件的远程在线实时更新,适用于地理位置较偏远、对安全性要求较高的场合。

关键词： SoPC(System on a Programmable Chip) 远程实时更新 IRL(Internet Reconfigurable Logic) 局部动态重构

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可重构密码处理结构中重构机制及对性能的影响

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计算机工程与应用 2004年第20期40卷 14-16,19页

作者：姜晶菲倪晓强张民选国防科学技术大学计算机学院长沙410073

重构机制对可重构密码处理系统的性能有着重要的影响,该文从全局、局部、静态、动态几方面提出了流水化可重构密码处理结构中重构机制的分类,给出了各种机制的吞吐率和延迟公式,并分析了几种机制的性能和实现代价,最后给出了在采用局部... 详细信息

重构机制对可重构密码处理系统的性能有着重要的影响,该文从全局、局部、静态、动态几方面提出了流水化可重构密码处理结构中重构机制的分类,给出了各种机制的吞吐率和延迟公式,并分析了几种机制的性能和实现代价,最后给出了在采用局部动态重构机制的可重构密码处理结构中密码处理的性能。

关键词：可重构密码处理局部动态重构

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软件定义网络可编程测量关键技术研究

软件定义网络可编程测量关键技术研究

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作者：许刚中国科学院大学

学位级别：博士

随着网络技术的快速发展，传统网络测量技术灵活性差、准确性低、开发周期长的缺点，愈发难以满足数据中心和运营商对于网络测量的要求。软件定义网络的出现为网络测量提供了新的契机，尤其是可编程数据平面提出后极大地推动了可编程测... 详细信息

随着网络技术的快速发展，传统网络测量技术灵活性差、准确性低、开发周期长的缺点，愈发难以满足数据中心和运营商对于网络测量的要求。软件定义网络的出现为网络测量提供了新的契机，尤其是可编程数据平面提出后极大地推动了可编程测量技术的发展。目前可编程测量领域已经取得了很多的成果，但随着网络规模的不断扩大、网络业务的不断丰富、测量功能的不断增加，现有可编程测量技术存在着稳定性差、灵活性低、资源消耗大、数据包处理时延高的问题，迫切需要进一步研究以适应网络发展的需求。　　针对上述问题，本文在支持局部动态重构的网络测量模型、填空式表配置优化、基于dRMT的数据包加速算法三个方面开展深入研究，为可编程测量技术的发展提供了新的思路。本文主要研究内容与创新点归纳如下:　　1.针对可编程测量在功能切换时出现的流量中断问题，本文提出了一种支持局部动态重构的网络测量模型。该模型基于局部动态重构思想，对网络协议代码和网络测量代码进行分离，以测量功能为基本重构单元，通过测量程序的动态组合和分步重构，实现业务驱动的网络测量。实验结果表明:支持局部动态重构的网络测量模型具备较强的可行性;支持零丢包条件下实时切换测量策略，提升了可编程网络测量的灵活性。　　2.针对网络测量程序硬件资源利用率低的问题，本文提出了填空式表配置优化算法。论文通过挖掘和匹配可编程交换机资源碎片，基于蜂群算法完成网络测量程序表配置调度以满足不同测量需求，在有限的可编程交换机硬件资源上最大限度地满足网络测量需求。实验结果证明:相比于传统的表配置算法，填空式表配置算法匹配资源碎片率平均降低43.10％，动作资源碎片率平均降低了9.97％，线速所需处理器数平均减少了3.25个。　　3.针对dRMT交换机高延迟的问题，本文提出了一种数据包加速算法dRMT-Fast。dRMT-Fast基本思想是通过交叉开关实现核间通信，以程序执行顺序决定数据包转发模型，主体采用多处理器流水线顺序处理模式解决轮训调度周期内的包并发冲突的问题，局部采用多处理器并行处理模式解决交换机硬件资源限制的问题。dRMT-Fast实现了灵活、高效的表配置调度，能够在保证交换机高吞吐量的前提下降低数据包处理时延。实验结果证明:在基准测试程序和大规模随机生成程序测试下，数据包处理时延平均降低38％和22.5％;dRMT-Fast算法能够有效降低数据包处理时延，对于程序复杂度高的P4程序优化效果更好;交叉开关增加的芯片面积和功耗在可接受范围之内。

关键词：软件定义网络可编程测量局部动态重构表配置优化数据包加速

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面向边缘计算的高效能非易失存储关键技术研究

面向边缘计算的高效能非易失存储关键技术研究

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作者：刘珂山东大学

学位级别：博士

随着万物互联的飞速发展,数十亿到数百亿的物联网边缘设备接入网络,产生了规模巨大的数据。面对海量的数据时,采用集中式计算、存储和传输的云计算模式面临着实时性不够、带宽不足、能耗巨大以及安全隐私等问题。通过将云端的计算存储... 详细信息

随着万物互联的飞速发展,数十亿到数百亿的物联网边缘设备接入网络,产生了规模巨大的数据。面对海量的数据时,采用集中式计算、存储和传输的云计算模式面临着实时性不够、带宽不足、能耗巨大以及安全隐私等问题。通过将云端的计算存储能力下沉到网络边缘,边缘计算应运而生,旨在满足实时业务、数据优化、智能服务、安全隐私等行业需求。边缘计算拥有更小的响应时延、更低的带宽成本及更高的安全性,受到了学术界和企业界的密切关注。多家企业和组织发起成立了边缘计算联盟,通过与多家产业应用联盟深入合作,推动了边缘计算在智慧城市、在线直播、自动驾驶、智能制造等诸多领域的广泛应用。面对日益增加的数据规模以及人工智能等算力需求倍增的处理任务,相比于云计算中心的服务器集群,空间、能源受限以及存算能力有限的边缘侧面临着巨大的挑战。如何构建低功耗、高效率的边缘节点,高效实时地完成数据处理任务、实现多样化数据的存储和快速访问,是一个亟待研究的问题。非易失存储(Non-volatile Memory,NVM),相较于传统的静态随机存储及动态随机存储,拥有存储密度高、数据掉电不丢失、可扩展性好以及静态功耗低等特性。上述优良特性为边缘计算节点的存储容量提升和计算效能改善提供契机。一方面,非易失存储广泛服务于存储系统,构建非易失的缓存、主存、外存以及混合存储,提高存储密度,减少数据存储的漏电功耗及刷新功耗等开销。另一方面,非易失存储技术还应用于存内计算和非易失计算领域,减少数据的迁移,降低运算过程的能耗。然而,非易失存储也存在着读写不对称、写延迟高和寿命有限等问题,直接将非易失存储应用于边缘节点会带来性能降低、使用期限变短等不利影响。本文将探讨合理应用非易失存储技术,围绕改善边缘节点的存储性能以及提高边缘数据处理效能进行研究,推动边缘计算广泛应用和持久发展。首先,本文在基于非易失存储的高效能存储系统方面展开研究。现有的非易失存储器研究多采用仿真器或者基于单片小容量的NVM芯片,无法有效地从系统级研究非易失内外存特性以及混合存储特性。为应对边缘计算应用中多样化的存储需求,设计了基于SoC-FPGA的阵列式非易失存储架构。非易失存储架构由主FPGA系统、从FPGA阵列以及高速互联通道构成。基于FPGA的可重构特性,从FPGA阵列构建各种存储器接口及测试单元,实现多种非易失存储器器件级的性能测试和功耗评估。通过在主SOC-FPGA系统中部署操作系统以及存储管理单元,配合与从FPGA阵列高速连通的数据通道,此架构将满足非易失存储系统的性能测试和功耗评估以及混合存储管理方案验证需求。随后,依据所提出的非易失存储架构,完成了由SoC-FPGA和磁性随机存储器(Magnetic Random Access Memory,MRAM)组成的阵列式硬件原型设计,构建了基于MRAM的软硬协同可扩展性存储系统。在该系统中,本文设计了片上和板级一体化的总线网络互联多级FPGA,不仅实现低时延高带宽数据传输,还支持灵活的存储层次扩展和存储容量扩充。基于类IOZone的Benchmark实验表明,本文提出的多层次存储架构在提供高速读写的同时,具备良好的可扩展性,为构建高速可靠的边缘计算存储系统提供有力支撑。其次,为满足非结构化的数据存储与快速访问,键值存储(Key-Value Store,KVS)适合用作缓存层提升边缘系统的数据访问速度并有效减少系统能耗。Murmurhash,作为Memcached和RedisEdge等主流KVS流式处理框架中的核心运算,其执行速度的提升将加快存储内容的查询速度。为此,提出了基于FPGA的并行化策略与局部动态可重构技术相结合的Murmurhash2加速方法。首先,以降低延迟和提升带宽为目标,评估了 FPGA中各种逻辑与运算单元的特点,设计了Murmurhash2内部数学操作的优化实现。然后,针对Murmurhash2运算流程提出流水线和并行相结合的计算架构,并根据负载的情形设计以性能为目标的计算核心和以资源开销为目标的计算核心。最后,引入局部动态可重构策略依据负载情形动态切换两种计算核心进一步提升能效比。此外,在采用FPGA加速的KVS系统中,FPGA的片上存储(Block RAM,BRAM)单元,不仅用于缓存哈希表的热数据,也作为KVS通信环节包处理单元的缓存。非易失存储为FPGA的片上存储BRAM带来了高存储密度和低功耗的特性,极大的提升FPGA存储系统中缓存的容量和降低额外数据交换能耗开销。与此同时,非易失存储所带来的寿命问题也不可忽视。传统均衡损耗算法以及基于BRAM块的均衡损耗算法都带来了极大的性能开销,本文通过探究片上存储块内字层次的写入分布,提出基于字层次的细粒度性能感知的均衡损耗算法。通过在BRAM地址线和可重构布线资源间插入Crossbar,灵活配置逻辑地址线

关键词：非易失存储高效能边缘计算多层单元存储非易失FPGA 局部动态重构

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星载计算机容错和重构技术研究

星载计算机容错和重构技术研究

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作者：买鹏中国科学院计算技术研究所

学位级别：硕士

星载计算机(On-Board Computer，OBC)是卫星中完成控制和计算任务的现代数字计算机系统，它是卫星综合电子系统的控制和管理中心，在民用和军用领域都发挥着重要作用。星载计算机对可靠性有非常高的要求，本文采用冗余容错和重构纠错技... 详细信息

星载计算机(On-Board Computer，OBC)是卫星中完成控制和计算任务的现代数字计算机系统，它是卫星综合电子系统的控制和管理中心，在民用和军用领域都发挥着重要作用。星载计算机对可靠性有非常高的要求，本文采用冗余容错和重构纠错技术，研究了基于FPGA的星载计算机的系统可靠性设计方法。\n 可编程器件(如FPGA)具有开发周期短，开发成本低，灵活性高，可重复编程等特点，在星载计算机设计中应用日趋广泛。星载计算机长期工作在太空环境中，经常受到空间高能粒子的辐射干扰，因此必须采取一定的可靠性设计技术，以便及时处理因辐射引起的故障。传统的故障处理方式是硬件的冗余容错，如三模冗余方法、静态备份方法，以及两者相结合的混合容错方法。但是三模冗余和静态备份方法在可靠性提升方面作用有限；混合容错方法虽然可以得到较好的可靠性，但资源冗余严重，难于在实际系统中使用。\n 基于上述问题，本论文提出了一种基于局部动态可重构的三模冗余方法，该方法对可编程器件采用三模冗余方法进行容错设计，并将三个冗余模块的bit文件保存在片外存储器中。当某一模块出现故障后，系统会调用相应的bit文件对该模块进行局部重构修复，修复的过程不会影响其他模块的正常运行。同时，为了解决冗余模块之间的状态同步问题，本文提出了一个状态寄存器复制机制，重构后的初始化模块可以自动复制相邻模块的状态寄存器，尽快与系统完成同步。分析和实验表明，和已有方法相比，基于局部动态可重构的三模冗余方法可以显著提高系统的可靠性，同时资源开销仅相当于三模冗余的消耗。\n 同时，本论文也在系统级可靠性设计方面进行了研究，提出了一系列的可靠性设计方法，如存储模块的EDAC设计，通过增加冗余存储资源的方式进行ECC校验；FPGA的回读设计，通过回读FPGA内部配置存储器的数据来检测是否发生故障；关键器件的看门狗设计，对关键芯片进行状态监控；板卡的电压和温度监控设计，保证系统的电气特性正常。通过对星载计算机进行全面的状态监控和故障检测，保证其长期的可靠运行。

关键词：星载计算机三模冗余容错局部动态重构重构纠错系统可靠性设计可编程器件

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可重构温度变送器设计及重构方法研究

可重构温度变送器设计及重构方法研究

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作者：杨智西南大学

学位级别：硕士

可重构常分为软件可重构、硬件可重构和系统可重构,其中,软件可重构已成为一种共识,常见于各种开发和应用中。随着微电子技术、计算机技术的快速发展,传统意义上的软、硬件界限逐渐模糊,基于芯片级的可重构技术成为研究热点。采用硬件... 详细信息

可重构常分为软件可重构、硬件可重构和系统可重构,其中,软件可重构已成为一种共识,常见于各种开发和应用中。随着微电子技术、计算机技术的快速发展,传统意义上的软、硬件界限逐渐模糊,基于芯片级的可重构技术成为研究热点。采用硬件软件化与软件硬件化相结合的思想,通过现场可编程门阵列进行计算和处理资源的重构,可大幅度提升处理速度和整机性能,在快速目标匹配、图像处理等方面受到特别的关注；同样,采用可重构技术设计“可进化的硬件”,以单一资源重组多种功能,在空间技术、故障容错等方面也形成了独特的优势。因此,开展可重构技术方法研究不仅具有学术价值,更具有重要的应用意义。工业领域的各类测量信号中,温度信号检测占70%以上,本文以温度变送器为研究载体和对象,开展可重构温度变送器设计及重构方法研究,以期实现单一硬件设备满足多种类型温度传感器的自由接入,增强其可复用性和互换能力,提升其使用便捷性。研究中,首先开展了传感器自动识别方法和重构文件存储结构设计,建立起信号检测和资源存储的基础；然后,采用静态重构的设计思想,研发出可自动完成整机重构的可重构温度变送器；为提升设备不间断运行能力,进一步采用局部动态重构的设计思想,大幅度提高逻辑资源利用率,缩短重构时间,提高设备可用性。本文的主要研究工作如下：1.温度变送器需要根据接入的温度传感器类型,加载不同的重构文件,更改可重构器件内部硬件逻辑电路。因此首先对温度传感器的识别方法进行分析研究。针对工业中常用的热电阻温度传感器,需要识别的内容包括温度传感器的接线方式和传感器材质类型。对现有温度变送器结构进行改进,采用ID3决策树方法自动完成传感器接线方式识别,提出温度-电阻特性模糊推理方法,能够自动完成传感器材质识别。在温度变送器的重构过程中,重构文件存储结构对外部存储器的占用率和读取重构文件的速度有较大的影响,因此设计了一个高效的存储结构来存放重构文件。2.为了解决目前温度变送器存在的不足,使用静态重构思想进行可重构温度变送器设计。结合温度变送器的典型结构,设计出以微处理器与可编程逻辑阵列组成的静态重构温度变送器架构,按照重构辨识、重构规划、重构部署、重构评估这四个重构步骤进行2次主动重构,从而使温度变送器能够自适应温度传感器的类型。在静态重构设计中,根据可用的温度传感器,使用专用的EDA工具建立重构文件资源库。针对静态重构的四个重构步骤,分别对重构辨识方法、重构规划策略、重构部署方法和重构评估策略进行详细设计。最后通过制作实物平台验证静态重构设计的有效性。3.由于使用静态重构思想的温度变送器只能离线对整个器件进行重配置,配置文件较大,在资源消耗和重构时间消耗上都比较严重,采用局部动态重构思想在资源利用率和重构时间上进行改善。使用具有局部动态重构功能的现场可编程门阵列替换静态重构温度变送器中的微处理器和现场可编程门阵列,并在该逻辑上构建可编程片上系统,执行微处理器和现场可编程门阵列所执行的任务。根据动态重构技术特点,对可重构器件进行局部区域划分,设计包装模块和冻结模块,设计重构主机,并建立局部重构文件重构资源库,按照静态重构温度变送器的四个重构步骤进行重构。最后通过实物验证局部动态重构温度变送器设计有效性。

关键词：温度变送器自动识别静态重构局部动态重构

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