[发明专利]一种运行时动态请求可重构核的优化方法

说明书

本发明公开了一种运行时动态请求可重构核的优化方法，包括步骤：S1、配置通用可重构核：将通用可重构核配置到FPGA上；S2、切分可重构任务：将可重构任务切分为可重构子系统和软件子系统两部分：可重构子系统为可构建为可重构核、由硬件执行的部分，记为R，设可重构子系统R由m个硬件模块构成，m≥1；软件子系统为必须由软件执行的部分，记为S，设软件子系统S由n个软件模块构成，n≥2；S3、在通用处理器上执行可重构任务：将可重构任务调度到通用处理器上执行，执行可重构任务的第一个软件模块；S4、运行时动态请求可重构核：可重构任务的软件模块执行时，动态请求可重构核。本发明能实现可重构核的优化使用，提高可重构任务执行的效率。

技术领域

本发明涉及一种运行时动态请求可重构核的优化方法，属于可重构技术领域。

背景技术

可重构计算被视为能够将传统处理器的高度灵活性与ASIC（ApplicationSpecific Integrated Circuit）所具有的高处理效率进行结合的有效解决方案。由于可重构体系结构具有较好的适应性，针对不同应用能够通过不同粒度的并行来加快处理速度。在可重构设备中，FPGA（Field－Programmable Gate Array）是最广泛使用的可重构器件。动态可充配置的FPGA是实现硬件级别多任务的重要基础。

可重构硬件任务的调度管理需要针对哪些任务在何时使用硬件、给每个任务分配多少可重构资源等问题作出优化的决策。这些决策可以基于静态的程序信息在编译时制定，可以在运行时基于系统的动态状态制定，也可以基于前述两种的组合来制定。调度的优化目标可以是最大化单一应用或者系统整体的性能、最小化能耗或者满足实时任务的截止时限等，此外还需要考虑减少和调度和重配置等开销。

静态调度依赖于对程序行为的分析、剖析和标记来决定何时一个硬件任务需要被配置。通过这些分析、剖析和标记，静态调度可以获得更加全局的任务需求等信息。而且，静态调度器一般在是离线（offline）工作，有些调度甚至在编译时进行，几乎不需要考虑调度自身的开销。因此，一些复杂度较高的调度算法可以用于静态调度，如遗传算法等。

由于静态调度能够掌握程序的全局信息，因此，可以根据静态分析得到的程序流图（Application Flow Graph）获知特定硬件任务需要的时间，继而插入硬件任务的预取指令，通过将重叠硬件配置和其他任务的执行来隐藏重配置的开销。

一般来说，静态调度可以获得更优化的结果，但是其缺点也显而易见，为了保证调度的有效性，静态调度要求任务集（包括到达时间、执行时间和任务资源需求）和资源可用性必须是可预测的。然而，由于无法获知程序和系统的运行时状态，一旦静态预测的结果错误，静态调度的结果不仅无法得到良好的性能，反而将会带来严重的负面影响，预取也可能导致额外的重配置代价。

动态调度，也称运行时调度或在线调度，它根据系统的运行时信息在线地做出调度决策。运行时信息包括当前系统负载、资源利用状态、前一阶段的任务频率和任务性能等。动态调度通常要求快速做出调度决策，减少系统的调度开销，因此调度结果可能不是最优的。

一些动态调度方法根据数据流图（Dataflow Graph）来决定哪些硬件任务应该被配置执行，在这种方法里，只有在数据流图中一个节点的所有前辈节点都已被执行的情况下，该节点才有可能被调度执行。另一些动态调度算法不考虑程序的流图，而将时间分为“窗口”，以窗口为间隔，根据系统运行时状态周期性地执行调度算法，为下一个窗口选择需要配置执行的任务[127，150-151]。这两种方法的主要区别在于：前者在任务到达时进行调度决策，调度开销随着任务到达次数的正相关；而后者以“窗口”为间隔进行调度决策，调度开销是固定的；前者调度及时，有利于性能优化，而后者则有利于调度开销的控制；但前者只适用于相互之间有依赖关系的硬件任务的调度场景，后者适用于所有场景。