共享存储可重构计算机软硬件通信的优化实现之我见

1 / 6 共享存储可重构计算机软硬件通信的优化实现之我见 共享存储可重构计算机软硬件通信的优化实现之我见 1 可重构计算机与共享存储可重构计算机 通过研究可知，可重构计算机的组成有两个部分：第一，硬件部分，该部分的编程是可以重新构造的；第二，软件部分，该部分与硬件部分较为类似。这两个部分组合后所产生的功能是目前最先进的，其功能也是一般硬件、软件普通结合所无法达到的，其功能更加强大。可重构计算 机机能够完全代替以往的 旧旧式程序，走上了计算 领领域的巅峰，形成了质 的的飞跃。不过上述技术 要要求较高，是硬件和软 件件的综合，所以依 据现 有有的技术，共享存储可 重重构计算机软硬件通信 还还存在很多需要解决的 问问题，用于商业开发则 更更是后话了。 共享存 储储可重构计算机主要是 面面对大量信息处理等规 模模较大的综合性要求， 对对于一般用户而言，在 使使用重构计算机系统时 ，主要目的本文由论文 联联盟 http:/收 集集整理就是以 PCIE 为为基础，处理相关平台 数数据，也就是以普通电 脑脑为基础，将 FPGA 与与 PCIE 相连接，两 者者接通后， FPGA 就 能能及时访问系统内容， 最最终计算并得出相应数 据据。 可重构计算机的 要要点 硬件粒度 硬件 粒粒度是计算机中硬件综 合合、集中量的完整表述 。在2 / 6 可重构计算机中， 其其硬件系统的要素综合 、集中量的高低决定了 硬硬件的使用效率。效率 越越高，所采用的硬件数 量量就更少，那么对于可 重重构计算机整体而言， 总总硬件数量就会下降， 相相应的，其运作效率就 会会有所提高，这种现象 也也被视为硬件粒度的提 升升，相反，就视为硬件 粒粒度的下降。从另一方 面面来说，如果硬件粒度 有有所提升，那么在应用 中中的效率也就越高，功 能能就更加强大，同时， 硬硬件数量更少，节约了 成成本。通过研究目前现 状状可知，现有的可重构 计计算机中的硬件粒度是 远远远不够的。如果有稍 简简洁的 电路，那么采用 乘乘法器时，逻辑门的作 用用就变得相对重要，包 括括：或门、与门、非门 、与非门、或非门等。 为为了解决这一问题，部 分分研究人员，认为完全 可可以以算法逻辑单元及 乘乘法器取代通常意义上 可可重构计算机系统的主 流流单位， FPGA 单位 。按此原则设计出的可 重重构计算机，其算法单 元元抽象程度高，可以说 是是通过算法单元的功能 实实现了 “ 重构 ” ，故而 一一般又被称为功能块计 算算机；以 FPGA及其 附附属元件设计出的可重 构构计算器，充分利用了 FFPGA 的灵活性，这 种种系统一般又被称为网 络络表计算机。 2.可 重重构硬件和处 理器之间 的的距离 在重构计算机 结结束研究、应用在实际 操操作阶段时，该系统依 然然有其不完善的地方： 总总线并没有与系统硬件 相相联接，只是简单地将 其其与外部的总线路相接 ，其作用是单一地对CPPU 进行辅助工作。专 家家指出，只有从根本上 对对处理器和硬3 / 6 件进行完 善善，才能提高其通信速 率率，将两者的距离逐步 减减小，最好的方案就是 把把两者直接连接，通过 处处理器强大的功能对数 据据进行计算和访问。专 家家的观点为可重构硬件 的的进一步研究做出了铺 垫垫，具有长远的意义。 2.容量 可重构计算 机机的容量高低直接决定 了了其性能好坏，总的来 说说，就是降低硬件数量 ，重新构建系统，使其 功功能更加完善。如果实 际际情况不同，那么选择 硬硬件和软件的数量也不 尽尽相同，因为可重构计 算算机系统性质变化是由 硬硬件、软件的综合功能 决决定的，与此同时，对 其其要求的不同，研发、 使使用的工作人员技术层 次次高低，也是另一个重 要要的方面。 共享存储 可可重构计算机软硬件通 信信的优化 该系统以 FPPGA 为主要载体， NIIOS2 的作用就是协 助助其信号和数据处理， 并并独立计算。同时， NIIOS2 的频率不够， 所所以上面的代码长度也 不不足以满足其需求。而 GGPP 与其有所差距， 因因为在 GPP 的运作中 ，执行开销更大，但是 两两者的写作运行无法有 效效提高系统性能。因此 ，若想优化该系统，要 确确保 NISO2 的独立 性性，确保其虚拟地址的 访访问量和独立性。 独 立立虚拟存储访问 独立 虚虚拟储存有两个要求： 第第一，对地址进行查阅 和和翻译；第二，对数据 进进行统计、核算和传送 。 第一个要求主要是 对对 Avalon 进行翻 译译，同时设置 PICE 并4 / 6 并综合地址和表格数据 ，只有 Avalon 中 的的地址能够与本地地址 相相呼应，就能保证系统 的的运营效率。 PGD 与 P TE 可以用来描述虚 拟拟地址与实际地址的映 射射关系 。两者中出现空 入入口，那么可知其出现 页页错误，上文中提到的 F PGA 无法实现页错 误误的运算和解答，因此 可可以通过 CEH 方法对 错错误进行解答。处理过 程程中， GPP 会优先收 到到页错误报告，而 GPP 还有一个功能，就是 完完全置换 FPGA 对页 错错误进行解答。 第二 个个要求主要是针对 PCIIE 完成的。 PCIE 能能够将总线中的数据进 行行转换，而此要求的效 率率不高，由于两者换算 过过程繁杂，因此 PICE 的效率低下就严重影 响响了总线中的数据通畅 度度。那么可通过组件的 应应用对 FPGA 进行计 算算，以便提高其运算效 率率。 3.实 现同步存 储储 实现同步存储需要 用用到 POSIX 信号量 ，该变量实际上是一个 整整形变量，一般具有 166B 的长度，只有满足 原原子性要求的访问语句 ，才能对其进行有效访 问问，这就需要我们在进 行行原语操作的时候，保 证证动作的原子性。例如 ，在进行内存读取操作 时时，利用 FETCH 语 句句后，还需要通过加法 操操作，将其写入另外的 存存储单元，在这两个操 作作之间，不得夹杂其他 的的语句操作。在常见的 XX86 计算机系统下， 实实现这种原子性操作， 是是通过总线的锁定功能 ，即 FSBLOCK 功 能能实现的，当FSBLOOCK 信号出现时， 表 示示有一个原子操作需要 被被执行。 5 / 6 而在可重构 计计算机中，原子操作则 是是通过 FPGA 元件实 现现的。该元件详单与一 个个 PCIE 端设备，并 不不具备将前端总线锁死 的的功能，也就无法通过 F SBLOCK 实现相 同同的原子性操作了，事 实实上 FPGA 元件之所 以以能够有效支持原子操 作作，是因为其内部具有 一一个特殊的存储单元 Mutex RAM。该单元虽然位于 FPGGA 元件内部，但其作 用用范围却可以映射到系 统统存储中，可以保证 GPPP 对总线的有效方位 。在该单元的作用下， 无无论是 GPP 还是 NIOOS2，均能对进程进 行行 锁定，从而保证互斥 。具体而言，当 GPP 锁锁定了该单元后，一旦 操操作的目标地址位于 PCCIE 设备中时， MCH 单元会对操作进行转 换换，将其标记为读锁定 操操作，当读写操作完成 后后，锁定标记清零，保 证证操作准确，如果不然 ，则会发出解锁事务包 。可见，当读操作或读 锁锁定操作之间的存储单 元元已经被锁定时，操作 会会被堵塞，从而保证原 子子操作的准确性。 结 束束语 从当下的情况看 ，我国虽然一直致力于 研研究可重构计算机，但