[发明专利]一种用于加速基因测序的可重构处理器芯片架构及应用

权利要求书

1.一种用于加速基因测序的可重构处理器芯片架构，其特征在于，包括配置管理器、可重构检测阵列、后处理与记录模块、第一存储单元、第二存储单元和外设，所述外设包括至少一个预处理模块，用于将待检测样本基因序列的FASTQ文件转换为ASCII码；所述第一存储单元用于存储待检测样本基因序列的ASCII码，所述第二存储单元用于存储参考基因序列的ASCII码，所述配置管理器通过控制总线分别与可重构检测阵列、后处理与记录模块和外设相连，所述外设通过控制总线分别与第一存储单元和第二存储单元相连，所述可重构检测阵列的输入端分别与第一存储单元和第二存储单元相连、输出端和后处理与记录模块相连；

所述配置管理器用于通过控制总线对可重构检测阵列和后处理与记录模块的功能进行配置，所述可重构检测阵列和后处理与记录模块按照配置管理器的配置好的功能运行处理。

2.根据权利要求1所述的用于加速基因测序的可重构处理器芯片架构，其特征在于，所述可重构检测阵列包括m×n个阵列排列的可重构检测单元PE，相邻的两个可重构检测单元PE进行互连形成网格结构；所述可重构检测单元PE根据所述配置管理器配置的任务执行处理。

3.根据权利要求2所述的用于加速基因测序的可重构处理器芯片架构，其特征在于，所述可重构检测单元PE包括SPM、配置记忆模块、第一多路选择器MUX、第二多路选择器MUX、计算结构ALU和计数器Couter，所述配置记忆模块和第一多路选择器MUX分别与计算结构ALU相连，所述SPM通过第二多路选择器MUX和计算结构ALU相连；所述配置记忆模块分别与所述第一多路选择器MUX和第二多路选择器MUX相连；

所述SPM用于存储第二存储单元输入的参考基因序列；

所述配置记忆模块内含配置管理器写入的配置信息，用于控制所述计算结构ALU所执行的功能及输出路径；

所述配置记忆模块控制第一多路选择器MUX从上下左右的可重构检测单元PE向计算结构ALU输入操作数；

所述配置记忆模块控制第二多路选择器MUX从所述SPM向计算结构ALU输入操作数。

4.根据权利要求1所述的用于加速基因测序的可重构处理器芯片架构，其特征在于，所述后处理与记录模块包括第三存储单元与若干索引记录单元，所述第三存储单元用于存储可重构检测阵列的输出结果，所述索引记录单元用于从待检测样本基因序列中查找出与参考基因序列匹配的片段，以及匹配的片段在待检测样本基因序列中的位置索引。

5.根据权利要求4所述的用于加速基因测序的可重构处理器芯片架构，其特征在于，所述索引记录单元包括选择控制逻辑、含多输入的AND模块、第三多路选择器MUX、加法器Adder、索引记录模块Index和参考基因片段长度记录模块；

所述选择控制逻辑用于将执行目标序列对比的可重构检测单元PE的计算结构ALU输出连接到AND模块，并将执行目标序列对比的可重构检测单元PE的计数器Counter输出连接到第三多路选择器MUX上；

所述参考基因片段长度记录模块用于将参考基因序列的长度-1后作为操作数输出给加法器Adder，并进行加法操作；

所述AND模块连接自身索引记录单元所检测的参考基因序列在可重构检测阵列中用到的所有可重构检测单元PE的输出；当所述AND模块的输出为1时，AND模块控制第三多路选择器MUX与加法器Adder启用并执行对应操作；

所述第三多路选择器MUX连接自身索引记录单元所检测的参考基因序列在可重构检测阵列中用到的所有可重构检测单元PE内计数器Couter的输出，由所述AND模块的输出与选择控制逻辑控制选择数据路径最后一个可重构检测单元单元内计数器Couter输出，并将选择后的结果作为操作数输入至加法器Adder以及写入索引记录模块Index中索引开始处；

所述加法器Adder由AND模块的输出控制，将第三多路选择器MUX选择出的数据与参考基因片段长度记录模块输出的对应可重构检测单元PE所需检测参考基因序列的长度-1相加，得到匹配基因序列在待检测样本基因序列中的末位索引，然后写入索引记录模块Index中索引结束处；

所述索引记录模块Index用于记录与参考基因序列相同的基因片段在待检测样本基因序列中的位置索引。