[发明专利]基于大规模粗粒度嵌入式可重构系统及其处理方法

权利要求书

1.一种基于大规模粗粒度嵌入式可重构系统,其包括：

系统总线、嵌入式微处理器、数据存储器、可重构处理器、重构控制器、中断控制器和直接存储器访问控制器；

可重构处理器，用于映射高阶矩阵求逆数据，其中，所述高阶矩阵求逆数据是根据数据流图确定的流程和矩阵求逆输入数据不断更新的特点确定的，而所述数据流图是根据分析矩阵求逆，将其算法各步骤的运算转换得到的；

直接存储器访问控制器，其将配置信息以及所需用到的初始数据存入相应数据存储器中；

嵌入式处理器，通过对其进行设置，启动所述重构控制器，将所述配置信息从所述配置总线发送到所述可重构处理器；

重构控制器，通过控制其任务的执行，当所述可重构处理器完成当前任务后，发送中断信号给所述嵌入式微处理器；

中断控制器，用于系统中各个功能部件之间的系统同步设置；

矩阵求逆可分为LU分解、三角矩阵求逆、矩阵相乘三个步骤，每个步骤都有对应的映射方式；N阶矩阵的LU分解采取高斯消元法，需要进行(1+2+…+(N-1))次消元运算，一次消元运算即除法阵列从向量a、b获得除数、被除数完成除法运算，二维乘加运算阵列将除法阵列得到的结果与向量a中每一个元素相乘，然后将得到的新向量与向量b相减，得到运算结果；N阶三角矩阵的求逆需要进行(1+2+…+(N-1))次运算，一次运算包括一次向量乘法运算和一次乘法预算，一次运算即二维乘加运算阵列将向量a、b的所有元素两两相乘，然后倒三角累加阵列完成累加计算并与当前行的对角线元素相乘，得到运算结果；N阶矩阵相乘需要完成N*N次向量乘法，一次向量乘法运算即二维乘加阵列将向量a、b的所有元素两两相乘，然后倒三角累加阵列完成累加计算，得到运算结果；

还包括可重构阵列，所述可重构阵列包括由8个除法器构成的1*8一维除法阵列，48个基本运算单元构成的6*8二维乘加基本运算阵列，其包括15个加法器、1个乘法器和1个累加器构成的倒三角累加阵列；除法阵列包含的8个除法器为流水关系；

所述基本运算阵列包含的6*8个基本运算单元可实现乘法运算、移位加减法和逻辑运算；其包括：分成6行的倒三角累加阵列，第一行有8个加法器，第二行有4个加法器，第三行有2个加法器，第四行有1个加法器，第五行有1个累加器，第六行有1个乘法器；所述除法阵列与所述基本运算阵列间通过两组寄存器分两个周期节拍完成两个阵列间的数据传递；所述基本运算阵列最后四行的基本运算单元与倒三角累加阵列直接相连，完成这两个阵列间的数据传递；所述基本运算阵列中的每个基本运算单元都附带一个寄存器，用于暂存下一步计算所需的数据。

2.如权利要求1所述的嵌入式可重构系统，其特征在于：所述可重构处理器由4个可重构阵列、1个片上数据传输单元、4个可重构阵列配置寄存器、1个片上数据传输单元配置寄存器堆、1个配置信息访问接口、1个外存访问接口构成；4个可重构阵列间通过一个共享的所述片上数据传输单元实现运算过程中中间结果的存储和传递；所述可重构阵列配置寄存器堆的编号为可重构阵列配置寄存器堆#0-#3，分别用于对应可重构阵列#0-#3的功能配置；所述片上数据传输单元配置寄存器堆用于片上数据传输单元的功能配置；配置信息访问接口与重构控制器进行交互，接收配置信息；外存访问接口与数据存储器进行交互，接收外部信息。

3.如权利要求2所述的嵌入式可重构系统，其特征在于：所述片上数据传输单元包括4个共享存储单元，1个外存访问接口和1个控制模块；其中，所述共享存储单元用于存储所述4个可重构阵列计算时共同使用到的数据；所述外存访问接口用于实现共用存储模块与外部存储器之间的数据交互；所述控制模块用于控制所述4个可重构阵列对所述4个共享存储单元的读写，以及所述外存访问接口对所述外部存储器的访问。

4.一种根据权利要求1所述的基于大规模粗粒度嵌入式可重构系统的处理方法,其包括以下步骤：

1)分析矩阵求逆，将其算法各步骤的运算转换成数据流图的形式，其中，所述矩阵求逆可分为LU分解、三角矩阵求逆、矩阵相乘三个步骤，每个步骤都有对应的映射方式；N阶矩阵的LU分解采取高斯消元法，需要进行(1+2+…+(N-1))次消元运算，一次消元运算即除法阵列从向量a、b获得除数、被除数完成除法运算，二维乘加运算阵列将除法阵列得到的结果与向量a中每一个元素相乘，然后将得到的新向量与向量b相减，得到运算结果；N阶三角矩阵的求逆需要进行(1+2+…+(N-1))次运算，一次运算包括一次向量乘法运算和一次乘法预算，一次运算即二维乘加运算阵列将向量a、b的所有元素两两相乘，然后倒三角累加阵列完成累加计算并与当前行的对角线元素相乘，得到运算结果；N阶矩阵相乘需要完成N*N次向量乘法，一次向量乘法运算即二维乘加阵列将向量a、b的所有元素两两相乘，然后倒三角累加阵列完成累加计算，得到运算结果；

2)根据数据流图确定的流程和矩阵求逆输入数据不断更新的特点，确定高阶矩阵求逆的数据输入方式；

3)在明确数据流图和数据输入方式后，将高阶矩阵求逆算法映射到可重构处理器上；

4)通过直接存储器访问控制器将配置信息以及所需用到的初始数据存入相应存储器中；

5)最后对嵌入式微处理器进行设置，启动重构控制器，将配置信息从配置总线发送到可重构处理器，控制可重构处理器任务的执行；

6)当可重构处理器完成当前任务后，发送中断信号给嵌入式微处理器。