支持可重構(gòu)硬件透明編程的操作系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)時(shí)電路可重構(gòu)技術(shù)（動(dòng)態(tài)重構(gòu)）逐漸成為國(guó)際上計(jì)算系統(tǒng)研究中的一個(gè)新熱點(diǎn)。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(dòng)態(tài)重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)在實(shí)際的應(yīng)用過程中仍然存在著不少問題，比如在實(shí)際開發(fā)的中，應(yīng)用程序開發(fā)人員需要去理解硬件接口細(xì)節(jié)，管理硬件加速器的配置以及軟硬件之間通信。這對(duì)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(gòu)

2、系統(tǒng)的操作系統(tǒng)缺乏對(duì)可重構(gòu)資源動(dòng)態(tài)的管理，這不利于可重構(gòu)資源的充分利用。 為了解決這些問題，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種支持可重構(gòu)硬件透明編程的操作系統(tǒng)，它通過系統(tǒng)調(diào)用封裝了底層硬件細(xì)節(jié)，讓程序設(shè)計(jì)者可以以透明的方式開發(fā)應(yīng)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(diào)用函數(shù)以及相應(yīng)的接口，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)硬件函數(shù)調(diào)用的支持，使程序設(shè)計(jì)者能夠像調(diào)用普通庫函數(shù)一樣調(diào)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(gè)系統(tǒng)的性能。 在完成透明編程模型的改進(jìn)之后，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來測(cè)試這個(gè)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(jié)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(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)顯示硬件函數(shù)要比軟件函數(shù)運(yùn)行平均要快21.6倍（包括通信和參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間）。雖然硬件函數(shù)的配置時(shí)間較長(zhǎng)，但是可以通過使用配置預(yù)取和配置重用等比較容易實(shí)現(xiàn)的技術(shù)來改進(jìn)。因此，本