CN100550002C - 动态可重构指令处理器配置及通信控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在可编程集成电路中实现输入输出数据与配置数据分离的通信控制器。通信控制器通过输入数据的标志来区分输入的数据是配置数据还是用户数据，如果是配置数据，则通过配置电路将配置数据配置到动态可重构集成电路中，如果是用户数据则将数据送到可重构集成电路的用户数据输入端；通信控制器对输入的数据按地址进行判断，若输入的数据的地址在配置数据区的则通信控制器将其送到配置电路进行配置，若输入的数据的地址在用户数据区的则通信控制器将其送至动态可重构指令处理器的数据输入端，数据可一个字一个字的传输，也可以是一个数据块传输。可广泛应用在PC机、普适计算、嵌入式处理器、通信处理器、网络处理机尤其是网格计算的处理器。

Description

动态可重构指令处理器配置及通信控制装置

一、技术领域

本发明涉及一种配置及通信控制器，尤其涉及一种在可编程集成电路中实现输入输出数据与配置数据分离的通信控制器。

二、背景技术

现有的计算机处理器实际上通过指令的排列可构成无限个不同的“有限状态机”，从而能实现计算机的数值计算与非数值计算。而现有的FPGA在一次编程中可构成一种“有限状态机”，需要重新编程可构成另外一种“有限状态机”，而现有带SRAM配置的FPGA需要几秒钟才能变换一种状态，即需要几秒钟才能由一种“有限状态机”变换为另一种“有限状态机”，显然不能应用在动态配置的处理器上。

动态可重构集成电路，可实现快速的重新可编程，可动态重构电路的一部分电路或全部可编程电路，从而可构成无限种“有限状态机”，从而实现了动态可重构计算机处理器，它是一种图灵机。

可重构指令计算机的由于采用进程级或进程级指令，因此其执行程序的速度大大提高，利用长流水线处理，并行流水线，利用面积换速度，执行速度能提高几个数量级。因为指令是动态可编程的(即是动态可重构的)，前一条指令完成后其可编程逻辑电路又可重新编程为另一条可编程功能指令，因此提高了芯片的资源利用率，实现了硬件动态可重用。因为整个电路内电路是可重构的，电路的利用率高，基本无“闲置电路”，因此电路的利用率高。我们知道数字电路的频率越高，其电路开关切换时的漏电流越大，电源损耗也越多，数字集成电路的消耗底电源与其频率成指数上升。由于采用进程级、线程级指令，计算机的处理速度大大加快，因此计算机的主频也无需太高，因此可大大节省电能。

动态可重构指令计算机由动态可编程集成电路、随机存储器、硬盘、非易失存储器或计算机网络、键盘、鼠标、显示器、输入数据流、输出数据流组成。

在本设计中，一种方案是指令流和数据流分开流入计算机，配置指令数据流入到配置电路将动态可编程集成电路配置为功能处理指令。用户数据流流入到处理器，经处理器处理后的数据流出计算机。典型应用：网络处理器、通信处理器、移动电话处理器等；特别是对于下一代实时互联网用现在的处理器是无法实现的。

另一种方案是存储程序，通过硬盘或计算机网络将指令流和输入数据流输入计算机，由处理器的输入电路进行处理将配置数据输入和用户数据分开，配置数据对动态可编程集成电路配置为一条或多条指令，输入的用户数据由硬盘或计算机网络输入给处理器进行处理，处理后的数据通过接口回存到硬盘或计算机网络。典型应用：构成通用的计算机，如PC机、服务器等通用计算机。

三、发明内容

要解决的问题：

为实现动态可重构指令计算机的用户数据和配置数据的混合存储问题，实现动态可重构指令计算机的程序存储，实现用户数据检索，在线编译程序，实时下载。

技术方案：

动态可重构指令处理器的配置电路接口、用户数据输入接口、用户数据输出电路接口、硬盘接口、非易失性存储器接口、网络接口通过通信控制器连接在一起；

通信控制器读取硬盘、其它非易失存储器、网络中的数据，通过通信控制器连接动态可重构逻辑电路配置电路，对动态可重构指令进行在线重新配置；

通信控制器连接硬盘、网络、非易失存储器，实现动态可重构指令计算机的输入、输出数据与硬盘、非易失性存储器、网络数据的互相交换；

通信控制器通过输入数据的标志来区分输入的数据是配置数据还是用户数据，如果是配置数据，则通过配置电路将配置数据配置到动态可重构集成电路中，如果是用户数据则将数据送到可重构集成电路的用户数据输入端；

通信控制器对输入的数据按地址进行判断，若输入的数据的地址在配置数据区的则通信控制器将其送到配置电路进行配置，若输入的数据的地址在用户数据区的则通信控制器将其送至动态可重构指令处理器的数据输入端，数据可一个字一个字的传输，也可以是一个数据块传输。

有益效果：

通过对读取的数据字增加标志或通过不同的存储地址来分离配置数据或用户数据，从而实现了程序存储，用户数据检索，在线编译程序，实时下载。

四、附图说明

图1动态可重构计算机系统结构框图

图2控制器原理框图

图3控制器按输入字的标志进行控制处理的流程图

图4控制器按地址进行控制处理的地址分配图

五、具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述

说明：动态可重构指令处理器的配置电路及通信控制电路简称“通信控制器”或“控制器”，在权利要求中和说明书中均这样表示。

实施例1动态可重构指令计算机系统组成：

图1动态可重构计算机系统结构框图，101为随机存储器，可为SRAM静态随机存储器、SDRAM同步动态随机存储器、DDRSDRAM双倍时钟同步动态随机存储器。102为显示器，为CRT显示器、LCD显示器、等离子显示器、有机发光显示器等。103为输入数据流，将待处理的数据流入处理器。104为动态可重构集成电路，其集成电路的由动态可编程的LAB逻辑阵列块组成或动态可编程CAB可配置逻辑模块构成。

105为输出数据流，将103输入的数据流处理完后，由105输出；106为通信控制器，此通信控制器可在独立为集成电路单独存储在动态可重构集成电路外，也可以是集成在动态可重构集成电路中，见实施例2将控制器和动态可重构集成电路集成在一起；107为键盘、鼠标。

108为输入、输出双向数据流是为硬盘等装置实现输入数据、输出数据均存储器在硬盘等设备中，输入数据流为待处理的数据，输出数据流为输入数据处理完成后产生的结果，数据流为双向，在控制器的作用下实现，输入数据流和输出数据流的控制、存储，其输入数据流与103输入数据流是等价的，输出数据流与105的输出数据流是等价的，103、105的输入、输出数据流为通信处理器工作的典型模式，如移动通信处理器、网络处理器、嵌入式处理器等；108为存储程序和数据的典型模式，典型应用为PC处理器、大型计算机、嵌入式式处理器等。将数据存储在硬盘、非易失存储器中，从而实现了程序存储，用户数据检索，在线编译程序，实时下载。

109为配置程序，为单向数据，实现将配置数据由控制器配置到动态可重构集成电路中。

110为输入数据、输出数据和动态可重构配置电路的配置数据的混合数据；在控制器的控制下实现用户数据的输入、输出和配置数据的分离。

111为硬盘、其它非易失性存储器或网络接口，存放配置数据、用户数据。

104动态可重构集成电路，是可重构指令计算机的核心，109为配置数据输入端，将从硬盘、非易失性存储器、网络等的配置数据，通过该接口配置到动态可重构集成电路中，将动态可重构指令集成电路配置为各种指令，用户从103口或108口输出的数据经104动态可重构指令集成电路处理后的结果由105用户数据输出接口输出或由108接口输出到硬盘、非易失存储器或网络接口中；101随机存储器可暂存动态可重构指令处理器的中间结果；102显示器按程序要求显示器数据；107键盘或鼠标用与向动态可重构指令计算机输入数据或指令；106控制器将由111硬盘、非易失性存储器或网络数据分离，如果从111输入的是配置数据，将其分离后送到109对动态可重构集成电路进行配置，如果是输入用户数据将其分离后送到动态可重构集成电路的用户数据输入端，如果是108送来的动态可重构集成电路的处理后的结果，则经控制分离后送到111硬盘、其它非易失存储器或网络存储。

110为输入数据、输出数据和动态可重构配置电路的配置数据的混合数据接口，硬盘与通信控制器接口可以是IDE接口、SCSI接口、SATA接口、USB接口；非易失性存储器与通信控制器的接口可以是IDE接口、SCSI接口、SATA接口、USB接口、电以太网接口、光以太网接口、E1接口、T1接口、SDH接口；网络与通信控制器的接口可以是电以太网接口、光以太网接口、E1接口、T1接口、SDH接口。

实施例2通信控制器：

如图2所示，201为动态可重构集成电路；202为用户数据输出数据通道；203为用户数据输入通道；204为动态可重构集成电路配置电路，205为配置通道；206为控制的电路；207为硬盘、非易失存储器、网络与动态可重构集成电路之间的双向通道，可传输输入数据、输出数据、配置数据；208为硬盘、其它非易失性存储器或网络。

通信控制器206可在程序或操作系统的控制下实现输入数据、输出数据、配置数据的分离。

控制器电路可集成在动态可重构集成电路内，即控制器与动态可重构集成电路集成在同一个芯片内；控制器也可以与动态可重构集成电路为两个不同的芯片。

实施例3通信控制器的控制：

控制器数据分离控制方法，在硬盘或非易失性存储器中或网络中读出的用户数据或配置数据，并实现分离，并送往不同的电路。如果是配置数据，则将配置数据分离送给配置电路对动态可重构集成电路进行配置；如果是用户输入数据，则将数据传送到动态可重构集成电路的输入电路，让可重构指令计算机进行处理。

用户数据和配置数据通过标准进行区分，在本实施例中，存读取的数据字最高位“0”为配置数据，最高位为“1”为用户数据，但不限于这种标准，只要标志能区分本数据是用户数据或配置数据即可。

如图3所示为控制流程图，301流程开始；302为输入数据字，将由硬盘、非易失存储器或网络上的一个数据字输入控制器；303为判断输入的数据，控制器将输入的数据高位进行比较，如果高位输入的标志为“1”，则本数据作为配置数据进行处理，将本数据去掉标志位后，送入配置电路，由配置电路配置到动态可重构指令处理器中，若高位输入的标志为“0”，则本数据作为用户输入的数据进行处理，去掉标志后送往输入电路；304为配置数据处理；305为用户数据处理；306有新数据输入码，如果有新的数据输入，则转到302继续执行，若无新的数据输入则结束本程序。

实施例4成批数据控制：

如图4所示配置数据和用户数据在硬盘、非易失存储器是按地址存储的，按地址译码实现地址的判断，产生控制信号控制通信控制实现用户数据与配置数据的分离。

401为用户数据存储地址0x2000000-0x27fffff，402为配置数据存储地址0x2800000-0x28fffff。

将数据由硬盘、非易失存储器、网络中取出数据时，同时将其存储器地址发送给通信控制器。若取出的数据地址在0x2000000-0x27fffff范围内，则将通信控制器将数据送到动态可重构指令处理器的数据输入端；若取出的数据地址在0x2800000-0x28fffff范围内，则通信控制将数据送到动态可重构指令处理器的配置电路对集成电路进行重新配置。

在本实施例中数据可一个字一个字的发送；也可以是一个数据块发送，但不要将配置数据块和用户输入数据块作为一个块来发送。

用户数据的地址与配置数据的地址是任意的，本实施例仅为了说明的方便，设计两段地址，但本领域普通技术人员，可以任意分配其配置数据的地址和用户数据的地址。

虽然结合附图对本发明的实施方式进行说明，但本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内作出各种变形或修改。

Claims (1)

1、一种动态可重构指令处理器配置及通信控制装置，该动态可重构指令处理器配置及通信控制装置包括：

动态可重构指令处理器，由动态可重构集成电路组成，其连接用户数据输入/输出电路、硬盘、其它非易失性存储器、网络、随机存储器、键盘、鼠标、显示器，其中动态可重构集成电路通过用户数据输入/输出电路连接到通信控制器；

通信控制器，在程序或操作系统的控制下实现输入数据、输出数据、配置数据的分离；

配置电路；

其中动态可重构指令处理器的配置电路接口、用户数据输入电路接口、用户数据输出电路接口、硬盘接口、其它非易失性存储器接口、网络接口通过通信控制器连接在一起；

其中硬盘与通信控制器接口可以是IDE接口、SCSI接口、SATA接口、USB接口，其它非易失性存储器与通信控制器的接口可以是IDE接口、SCSI接口、SATA接口、USB接口、电以太网接口、光以太网接口、E1接口、T1接口、SDH接口，网络与通信控制器的接口可以是电以太网接口、光以太网接口、E1接口、T1接口、SDH接口；

其中通信控制器读取硬盘、其它非易失性存储器、网络中的数据，通过通信控制器连接配置电路，对动态可重构指令进行在线重新配置；

通信控制器连接硬盘、其它非易失性存储器、网络，实现动态可重构指令计算机的输入、输出数据与硬盘、其它非易失性存储器、网络数据的互相交换；

其中通信控制器可以通过两种方式进行控制：

(1)通信控制器通过输入数据的标志来区分输入的数据是配置数据还是用户数据，如果是配置数据，则通过配置电路将配置数据配置到动态可重构集成电路中，如果是用户数据则将数据送到可重构集成电路的用户数据输入端；

(2)通信控制器对输入的数据按地址进行判断，若输入的数据的地址在配置数据区的则通信控制器将其送到配置电路进行配置，若输入的数据的地址在用户数据区的则通信控制器将其送至动态可重构指令处理器的数据输入端，数据可一个字一个字的传输，也可以是一个数据块传输。

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