支持可重構硬件透明編程的操作系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著微電子技術和計算機技術的發(fā)展，實時電路可重構技術（動態(tài)重構）逐漸成為國際上計算系統(tǒng)研究中的一個新熱點。它的出現(xiàn)使過去傳統(tǒng)意義上硬件與軟件的界限變得模糊，讓軟件擁有了硬件的高性能，又讓硬件具備了軟件的靈活性。 但是目前動態(tài)重構計算系統(tǒng)在實際的應用過程中仍然存在著不少問題，比如在實際開發(fā)的中，應用程序開發(fā)人員需要去理解硬件接口細節(jié)，管理硬件加速器的配置以及軟硬件之間通信。這對開發(fā)人員來說非常繁瑣，降低了開發(fā)效率；還有傳統(tǒng)的可重構

2、系統(tǒng)的操作系統(tǒng)缺乏對可重構資源動態(tài)的管理，這不利于可重構資源的充分利用。 為了解決這些問題，本文設計并實現(xiàn)了一種支持可重構硬件透明編程的操作系統(tǒng)，它通過系統(tǒng)調用封裝了底層硬件細節(jié)，讓程序設計者可以以透明的方式開發(fā)應用程序。在該方法中，硬件加速模塊以硬件函數(shù)的形式封裝，并形成硬件函數(shù)庫。操作系統(tǒng)通過定義系統(tǒng)調用函數(shù)以及相應的接口，實現(xiàn)系統(tǒng)對硬件函數(shù)調用的支持，使程序設計者能夠像調用普通庫函數(shù)一樣調用硬件函數(shù)。另外，操作系統(tǒng)記錄和管

3、理可重配置資源的使用，提高硬件資源利用率和整個系統(tǒng)的性能。 在完成透明編程模型的改進之后，本文設計了一個實驗來測試這個系統(tǒng)。在同樣的環(huán)境下，軟件函數(shù)與硬件函數(shù)得出的結果完全吻合，這就表明本系統(tǒng)能夠支持硬件函數(shù)，也就是說，能夠支持硬件透明編程。從實驗得出的數(shù)據(jù)顯示硬件函數(shù)要比軟件函數(shù)運行平均要快21.6倍（包括通信和參數(shù)標準化時間）。雖然硬件函數(shù)的配置時間較長，但是可以通過使用配置預取和配置重用等比較容易實現(xiàn)的技術來改進。因此，本