CN101593169A

CN101593169A - 可配置逻辑阵列的配置管理器和配置方法

Info

Publication number: CN101593169A
Application number: CNA2008101081956A
Authority: CN
Inventors: 刘强; 杨雨东; 邵鹏; 沈文博; 李彧; 林咏华; 王艳琦; 杨诚
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2009-12-02

Abstract

一种用于多个可配置逻辑阵列RLA的配置方法和配置管理器，以及包含该配置管理器和多个可配置逻辑阵列RLA的可配置计算装置。配置管理器包括：配置存储器，用于存储多个配置数据和与配置数据相对应的功能标识；配置控制器，用于响应来自一个通用计算装置的对RLA进行配置的请求，从配置存储器中选择一个配置数据，并将其发送到RLA。本发明尤其适合于分布式计算网络中可配置逻辑阵列的配置。

Description

可配置逻辑阵列的配置管理器和配置方法

技术领域

本发明涉及可重新配置的(reconfigurable)计算，更具体来说，本发明涉及对分布式计算网络中的可重新配置逻辑阵列的动态配置。

背景技术

执行专门算法通常有两种主要方式。一种是硬件方式，即用硬连接的电路，例如用专用集成电路(ASIC)实现算法。另一种是软件方式，例如采用软件可编程的通用微处理器执行算法。

可重新配置的计算，介于硬件方式与软件方式之间，能获得比软件更高的性能，同时保持比硬件更高的灵活性。用于可重新配置的计算的装置，也可称作“可配置计算装置”，一般包含一个或多个可配置逻辑阵列，例如现场可编程门阵列(FPGA)。

可以将可配置计算装置与通用计算装置一起，构成分布式计算网络。在这样的计算网络中，通用计算装置(例如个人电脑PC)可以利用通用计算装置为其执行专门的功能。可配置计算装置中的可配置逻辑阵列一旦被配置，就执行专门的功能。然而，有的时候，通用计算装置需要同一个可配置逻辑阵列改变其所执行的功能，为此，要求可配置逻辑阵列能在不同的功能之间切换。在通用计算装置与可配置逻辑阵列远程相连的分布式计算网络中，如果用通用计算装置像常规的配置控制器那样直接对可配置逻辑阵列进行重新配置，将会产生显著的延迟，因而耗费时间。

发明内容

本发明的目的之一是改进分布式计算网络中的可配置逻辑阵列的配置方式。

一方面，本发明提供一种用于多个可配置逻辑阵列RLA的配置管理器，包括：

配置存储器，用于存储多个配置数据和与配置数据相对应的功能标识；

配置控制器，用于从配置存储器中选择一个配置数据，并将其发送到RLA，其中，配置控制器响应来自一个通用计算装置的对RLA进行配置的请求，根据该请求中的功能标识，从配置存储器中选择要传送的对应配置数据。

另一方面，本发明提供一种相应的用于多个可配置逻辑阵列RLA的配置方法。

再一方面，本发明提供一种包含上述配置管理器和多个可配置逻辑阵列RLA的可配置计算装置。

附图说明

为了更好地理解本发明，将参考附图对本发明及其实施例进行描述，其中：

图1示意性表示应用本发明的一个分布式计算网络的例子；

图2表示配置FPGA的一种现有技术的方式；

图3示意性地表示按照本发明实施例的配置FPGA的方式；

图4是表示按照本发明一个实施例的配置RLA的方法的流程图；

图5示意性地表示按照本发明一个实施例的可配置计算装置。

具体实施方式

以下结合附图，详细说明本发明的各种实施方式。

参看图1，该图示意性表示按照本发明的一个分布式计算网络的实施例。如图1所示的分布式计算网络中，有两种分布式计算节点。

一种计算节点是通用计算节点(GPN)(也称作“通用计算装置”或简称“计算装置”)，另一种计算节点是可配置计算节点(也称“可重新配置计算装置，本文中也将其称作“可配置计算装置”或“RCD”)。图1示意性地显示有两个通用计算节点GPN1和GPN2以及两个可配置计算装置RCD1、RCD2。当然，在实际的分布式计算网络中，GPN和RCD的个数可以更多。通用计算节点GPN1和GPN2与可配置计算装置RCD1、RCD2通过网络远程相连并互相通信。

GPN是一种通用的计算装置，例如个人电脑(PC)。

RCD中包含可配置逻辑阵列(RLA)，例如现场可编程门阵列(FPGA)。所属技术领域的技术人员知道，RLA在被配置后，可以执行专门的功能。RLA可以用不同的方式配置，可以被反复地配置，以执行不同的功能，因此，可配置逻辑有时也被称作“可重新配置逻辑”(本说明书中有时不加区分地使用修饰语“可配置”与“可重新配置”)。现有技术中存在不同的配置方式。RCD有输入端口，用于接收来自其它相邻计算节点的通信；输出端口，用于向其它计算节点发送通信。

按照本发明一个实施例，RCD中除了RLA，还包含一个配置管理器C-Mgr，用于配置RLA。GPN可以向RCD发送请求，请求对RCD进行配置，或者说请求对RCD中的RLA进行配置，以执行特定的功能。本发明的配置管理器C-Mgr可以响应该请求，对RLA进行配置。

关于本发明的配置管理器的详细说明，将在下文结合图3-4所示的实施例中给出。

在进一步说明本发明的配置管理器之前，以FGPA为例，简单地介绍现有技术中对可配置逻辑阵列RLA的配置方式。需要指出的，还有其它的RLA，例如CPLD(复杂可编程逻辑器件)

作为一种可配置逻辑阵列，FPGA是可编程的数字逻辑芯片，采用了逻辑单元阵列，内部包括可配置逻辑模块、输出输入模块和内部连线(Interconnect)三个部分。

可以对FPGA进行程序设置，使其执行任何数字功能。FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，工作时需要对片内的RAM进行编程。同一片FPGA，用不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。FPGA的配置模式一般包括：

并行模式，即一片FPGA加一片EPROM的方式。加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用。当需要修改FPGA功能时，需要更换EPROM或者更新EPROM的内容。这种模式不适合分布式计算网络的环境。

主从模式，即一片PROM编程多片FPGA。PROM由FPGA供应商提供，并提供控制逻辑来控制配置过程。这种模式虽然比并行模式灵活，但是所能提供的功能有限，如果需要动态地修改FPGA功能，也需要更换PROM或者更新PROM的内容。因此这种方式也不适合经常需要动态配置的分布式计算网络中的可配置计算装置。

外设模式，可以将FPGA作为微处理器的外设，由微处理器对其编程。

图2示意地表示一种采用外设模式配置可重新配置逻辑阵列、例如FPGA的例子。

图2中，一个微处理器(例如PC)通过一个电缆与FPGA相连。所属技术领域的技术人员知道，现有技术中一般采用JTAG电缆，通过可重新配置逻辑阵列的配置接口与可重新配置逻辑阵列连接，例如，通过FPGA芯片的引脚与FPGA芯片连接。

如图2所示，如果要配置FPGA，PC从所存储的配置文件中加载配置数据(也称配置位C-bits，即由“0”和“1”组成的位流)，通过电缆把配置数据发送到FPGA中，这样就完成了对FPGA的配置。

在本发明的分布式计算网络环境中，由可重新配置逻辑阵列(例如FPGAs)构成的可配置计算装置与其它计算节点是远程连接的，没有本地控制器(例如PC)来配置可重新配置逻辑阵列(例如FPGAs)。配置文件也存储在处于远程位置的远程计算节点中，在这种情况下，通过网络向FPGA发送配置数据非常耗费时间。

因此，常规的外设模式，也不适合经常需要动态配置的分布式计算网络中的可配置计算装置。

如上文结合图1所述的那样，按照本发明，在分布式计算网络中，GPN可以向RCD发送请求，要求对RCD进行配置，或者说请求对RCD中的RLA进行配置，以执行特定的功能。但是，本发明的配置方式并不同于图2所示的外设方式。

本发明的配置方式，采用了一种配置管理器，包括：

配置控制器，用于从配置存储器中选择一个配置数据，并将其发送到一个可配置逻辑阵列RLA，其中，配置控制器响应来自一个通用计算装置的对RLA进行配置的请求，根据该请求中的功能标识，从配置存储器中选择要传送的对应配置数据。

在一个实施例中，通用计算装置是分布式计算网络中的远程通用计算装置。

在一个实施例中，功能标识对所有通用计算装置来说是全局的。

在一个实施例中，通用计算装置的配置请求中可以包含指定一个RLA的信息，相应地，配置控制器可以将配置数据到配置请求所指定的RLA。

按照本发明的一个实施例，RLA可以是现场可编程门阵列FPGA，配置数据是用于配置FPGA的一组数据位；按照本发明的一个实施例，RLA可以是复杂可编程逻辑器件CPLD，配置数据是用于配置CPLD的一组数据位。

可选地，配置存储器可以是RAM，也可以是PROM、闪存等非易失性存储器。配置存储器中的存储数据等信息，可以预先装入，也可以随时更新，例如可以用来自通用计算装置的数据进行预先装入或更新。

以下参照图3和图4，进一步说明配置管理器的操作。

图3表示按照本发明一个实施例对可配置逻辑阵列进行配置的方式，其中，仍然以FPGA来代表可配置逻辑阵列。

在如图3所示的实施例中，与图2中PC与FPGA的连接方式不同的是，PC通过一个本发明的配置管理器C-Mgr与FPGA相连。按照图3所示的配置方式，配置FPGA时，配置数据并不是由PC直接发送到FPGA中，而是由配置管理器C-Mgr把配置数据发送到FPGA中，完成对FPGA的配置。

如图3a中的虚框所示，本发明的配置管理器主要包含两个部分：

第一部分是配置存储器C-Mem，其中存储有配置数据C-bits，在本例中，C-bits就是将要注入FPGA的RAM中的配置位流或一组配置位。C-Mem中可以存储多个不同的配置数据，以便能够对FPGA的功能进行不同的配置；相应地，C-Mem中还可以存储有功能标识F-ID，每个F-ID与一个配置数据对应，以表示该配置数据发送到FPGA后，FPGA所具有的功能。

第二部分是配置控制器C-Ctrl，其主要作用与常规的配置控制器类似，即把一组配置位C-bits发送到FPGA，完成对FPGA的配置。C-Ctrl的操作步骤，可以用图4中表示的流程图来概括。

一开始，配置控制器C-Ctrl接收一个配置请求。(步骤S410)

配置请求是要求对一个RLA进行配置的请求，在图3所示的例子中，该请求来自PC。该PC可以是来自分布式计算网络中的任何一个可以请求对RLA进行配置的通用计算装置。由于配置存储器可以存储多个配置数据，配置请求可以包含一个功能标识，用于指示要FPGA执行什么样的功能。

然后，配置控制器C-Ctrl从配置存储器选择配置数据。(步骤S420)

如果配置控制器C-Ctrl发现配置请求中包含了功能标识，则从配置存储器中选择与功能标识对应的配置数据。

然后，将配置数据发送到RLA。(步骤S430)

图3中只示意性地显示了一个FPGA。实际上，可以有多个FPGA可供配置，尽管通常情况下提出配置请求的PC无需关心要配置哪个FPGA，PC仍然可以选择要配置的一个FPGA。按照本发明的一个实施例，PC可以在配置请求包含指定所要配置的FPGA的标识，C-Ctrl可以根据该标识，将配置数据发送到该请求所指定的FPGA。

所属技术领域的技术人员应当知道，C-Ctrl本身可以是硬件方式或者是软件方式实现的逻辑操作模块，甚至可以是一个可配置的逻辑模块。这不在本发明的范围之内，因此无需在此赘述。

所属技术领域的技术人员知道，FPGA提供的是串行配置接口。如果将来的RLA例如FPGA提供并行的端口，例如提供用于数据、控制信号和地址的并行接口，则可以将本发明的配置管理器中的配置控制器C-Ctrl与控制信号接口和地址接口相连，将配置存储器的输出与数据接口链路，通过并行传输节省时间。

参看图5，该图示意性地表示按照本发明一个实施例的可配置计算装置RCD。图5所示的RCD，实际上可以看作是对图1中所示的RCD更详细的表示。

图中可见，可配置计算装置RCD，包括多个可配置逻辑阵列RLA1、RLA2...RLA3和如上文所述的配置管理器C-Mgr。

如上文所述的那样，C-Mgr包括配置存储器C-Mem和配置控制器C-Ctrl，其中C-Mem用于存储多个配置数据和与配置数据相对应的功能标识；C-Ctrl用于从配置存储器中选择一个配置数据，并将其发送到一个RLA，其中，配置控制器响应来自一个通用计算装置(例如PC)的对RLA进行配置的请求，根据该请求中的功能标识，从配置存储器中选择要传送的对应配置数据。

按照的实施例，通用计算装置是分布式计算网络中的远程通用计算装置。

在一个实施例中，功能标识对所有通用计算装置来说是全局的。其好处是，各个通用计算装置只要知道功能标识，就能以统一的方式请求对RLA进行配置。

按照本发明的一个实施例，通用计算装置的配置请求中可以包含指定一个RLA的信息，相应地，配置控制器可以将配置数据到配置请求所指定的RLA。

所属技术领域的技术人员知道，图5中的C-Mgr与RLA1、RLA2...RLAn之间例如可以通过总线连接，连接方式甚至也是可设置的。在实际应用中，C-Mgr可以有不同的方式选择一个RLA。例如，C-Mgr可以事先记录各个RLA的标识，并且由于所有的RLA都是通过单一的一个C-Mgr设置的，C-Mgr可以记录各个RLA的状态，知道任何哪个RLA是空闲的，可以用于配置。一旦选择了选定了一个RLA，C-Mgr只需要提供该RLA的标识，配置数据可以经由多个RLA之间的内部连线被路由到相应的RLA。

以上结合具体实施例对本发明的用于多个可配置逻辑阵列RLA的配置管理器和配置方法进行了详细描述，但本发明并不限于此，本领域普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行多种变换、替换和修改。

Claims

1.一种用于多个可配置逻辑阵列RLA的配置管理器，包括：

2.根据权利要求1所述的配置管理器，其中，通用计算装置是分布式计算网络中的远程通用计算装置，功能标识对所有通用计算装置来说是全局的。

3.根据权利要求1所述的配置管理器，其中，功能标识对所有通用计算装置来说是全局的。

4.根据权利要求1所述的配置管理器，其中，配置控制器用于将配置数据发送到配置请求中所指定的RLA。

5.根据权利要求1至4其中之一所述的配置管理器，其中，可配置逻辑阵列RLA选自现场可编程门阵列FPGA或CPLD复杂可编程逻辑器件或者其他可编程集成电路元件，配置数据是用于配置RLA的一组配置位。

6.一种用于多个可配置逻辑阵列RLA的配置方法，包括：

接收来自一个通用计算装置的对RLA进行配置的请求，该请求包含一个功能标识；

根据请求中的功能标识，从配置存储器中选择对应的配置数据，将配置数据发送到RLA。

7.根据权利要求6所述的配置方法，其中，请求中包含指定所要配置的RLA的标识，该方法进一步包括：根据该标识将配置数据发送到该请求所指定的RLA

8.根据权利要求6所述的配置方法，其中，通用计算装置是分布式计算网络中的远程通用计算装置，功能标识对所有通用计算装置来说是全局的。

9.根据权利要求6所述的配置方法，其中，功能标识对所有通用计算装置来说是全局的。

10.根据权利要求6-9中任何一个的配置方法，其中，可配置逻辑阵列RLA选自现场可编程门阵列FPGA或CPLD复杂可编程逻辑器件或者其他可编程集成电路元件，配置数据是用于配置RLA的一组配置位。

11.一种可配置计算装置，包括：

多个可配置逻辑阵列RLA；

配置管理器，包括：

配置控制器，用于从配置存储器中选择一个配置数据，并将其发送到一个RLA，其中，配置控制器响应来自一个通用计算装置的对RLA进行配置的请求，根据该请求中的功能标识，从配置存储器中选择要传送的对应配置数据。

12.根据权利要求11所述的可配置计算装置，其中，通用计算装置是分布式计算网络中的远程通用计算装置，

13.根据权利要求12所述的可配置计算装置，其中，功能标识对所有通用计算装置来说是全局的。

14.根据权利要求13所述的可配置计算装置，其中，配置控制器用于将配置数据发送到配置请求中所指定的RLA。

15.根据权利要求11至14任何之一所述的可配置计算装置，其中，可配置逻辑阵列RLA选自现场可编程门阵列FPGA或CPLD复杂可编程逻辑器件或者其他可编程集成电路元件，配置数据是用于配置RLA。

16.根据权利要求11至14任何之一所述的可配置计算装置，其中，配置存储器中的配置数据，是从可配置计算装置以外的源预先存储的。