CN102298568B - 一种动态可重构阵列的配置信息切换方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动态可重构阵列的配置信息切换方法及装置，其中，所述方法包括：当配置信息之间没有数据依赖关系时，分别获取所述配置信息的运算特征信息；依据所述运算特征信息控制不同的配置信息分别在对应的动态可重构阵列中逐行切换。本发明可以提高可重构阵列配置信息的切换效率，进一步提高动态可重构处理器的计算性能。

Description

一种动态可重构阵列的配置信息切换方法及装置

技术领域

本发明涉及嵌入式系统的技术领域，特别是涉及一种动态可重构阵列的配置信息切换方法，以及，一种动态可重构阵列的配置信息切换装置。

背景技术

动态可重构处理器是一种新型的处理器构架，其结合了软件的灵活性和硬件的高效性，和传统单核微处理器相比，不仅可以改变控制流，还可以改变数据通路，具有高性能、低功耗、灵活性好、扩展性好的优点，尤其适合于处理计算密集型的算法，例如媒体处理、模式识别、基带处理等。因此动态可重构处理器也成为目前处理器结构的一个重要发展方向，如欧洲微电子中心(IMEC)的ADRES处理器和惠普(HP)的CHESS处理器，前者由紧耦合的超长指令字(Very Long Instruction Word，VLIW)处理器内核和粗颗粒度并行矩阵计算的可重构硬件构成，后者由大量可重构算术计算单元阵列构成。

动态可重构处理器的核心一般为一个二维的可重构算术逻辑单元(ALU)阵列，该结构是并行计算以提高处理能力的基础。同时，可重构算术逻辑单元间必须拥有较为灵活的互联结构以保证运算通用性，这种可配置的互联结构使得动态可重构处理器可以改变数据流，实现了对数据流的高速并行处理，相对于传统单核、少核处理器大大的提升了计算性能。

采用现有技术，对于可重构阵列配置信息的切换通常采用串行的方式，即动态可重构阵列(RCA)中每一行的动态可重构单元(RC)获得上一层配置信息的运算结果作为自己的运算数据，并且把自身配置信息的运算结果送给下一行。显然，这种配置信息的切换方式需要占用较长时间，并耗费较多资源。

因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：提供一种动态可重构阵列的配置信息切换机制，用以提高可重构阵列配置信息的切换效率，进一步提高动态可重构处理器的计算性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种动态可重构阵列的配置信息切换方法和装置，用以提高可重构阵列配置信息的切换效率，以进一步提高动态可重构处理器的计算性能。

为了解决上述问题，本发明公开了一种动态可重构阵列的配置信息切换方法，包括：

当配置信息之间没有数据依赖关系时，分别获取所述配置信息的运算特征信息；所述配置信息包括第一配置信息和第二配置信息，所述运算特征信息包括：第一配置信息的第一运算周期和输出次数，以及，第二配置信息的第二运算周期；其中，所述第一配置信息为在先运算的配置信息，所述第二配置信息为在后运算的配置信息；

依据所述运算特征信息控制不同的配置信息分别在对应的动态可重构阵列中逐行切换；

其中：所述动态可重构阵列可被配置为第一阵列和第二阵列，所述第一阵列执行第一配置信息的数据运算，所述第二阵列执行第二配置信息的数据运算；

所述依据运算特征信息控制不同的配置信息分别在对应的动态可重构阵列中逐行切换的步骤包括：

当所述第二运算周期大于或等于第一运算周期时，在第一配置信息在第一阵列中经过m个周期的逐行运算后，切换至第二配置信息在第二阵列中的逐行运算，所述m为输出次数；

当所述第二运算周期小于第一运算周期时，在第一配置信息在第一阵列中经过n个周期的逐行运算后，切换至第二配置信息在第二阵列中的逐行运算，所述n为第一运算周期与输出次数之和减去第二运算周期的结果。

本发明实施例还提供了一种动态可重构阵列的配置信息切换装置，包括：

运算特征获取模块，用于在配置信息之间没有数据依赖关系时，分别获取所述配置信息的运算特征信息；所述配置信息包括第一配置信息和第二配置信息，所述运算特征信息包括：第一配置信息的第一运算周期和输出次数，以及，第二配置信息的第二运算周期；其中，所述第一配置信息为在先运算的配置信息，所述第二配置信息为在后运算的配置信息；

逐行切换模块，用于依据所述运算特征信息控制不同的配置信息分别在对应的动态可重构阵列中逐行切换；

其中：所述动态可重构阵列可被配置为第一阵列和第二阵列，所述第一阵列执行第一配置信息的数据运算，所述第二阵列执行第二配置信息的数据运算；

所述逐行切换模块包括：

第一切换子模块，用于在所述第二运算周期大于或等于第一运算周期时，在第一配置信息在第一阵列中经过m个周期的逐行运算后，切换至第二配置信息在第二阵列中的逐行运算，所述m为输出次数；

第二切换子模块，用于在所述第二运算周期小于第一运算周期时，在第一配置信息在第一阵列中经过n个周期的逐行运算后，切换至第二配置信息在第二阵列中的逐行运算，所述n为第一运算周期与输出次数之和减去第二运算周期的结果。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例根据配置信息之间的数据依赖关系、配置信息中的运算特征信息(运算周期和输出次数)，实现输入FIFO、动态可重构阵列和输出FIFO间的流水，在此基础上实现阵列内流水，提出配置信息在切换时实现一行一行切换的方法，也就是说，使配置信息在输入、动态可重构阵列中每一行动态可重构单元以及输出的过程中可以并行。通过输入FIFO、阵列和输出FIFO间的流水，实现了并行传输数据，减少了传输数据消耗的时间，提高可重构阵列配置信息的切换效率；动态可重构阵列中的流水实现了并行处理不同配置信息的数据运算，进一步提高了可重构处理器的计算性能。

附图说明

图1是本发明的一种动态可重构阵列的配置信息切换方法实施例的步骤流程图；

图2是一种动态可重构单元RC的结构示意图；

图3是本发明的一种示例中动态可重构阵列的示意图；

图4是采用本发明并行处理图3中的CI1和CI2的过程示意图；

图5是采用现有技术串行处理图3中的CI1和CI2的过程示意图；

图6是采用本发明并行处理第一配置信息和第二配置信息多次循环操作的过程示意图；

图7是采用现有技术串行处理第一配置信息和第二配置信息多次循环操作的过程示意图；

图8是本发明的一种动态可重构阵列的配置信息切换装置实施例的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明实施例的核心构思之一在于，根据配置信息之间的数据依赖关系、配置信息中的运算特征信息(运算周期和输出次数)，实现输入FIFO、动态可重构阵列和输出FIFO间的流水，在此基础上实现阵列内流水，提出配置信息在切换时实现一行一行切换的方法，也就是说，使配置信息在输入、动态可重构阵列中每一行动态可重构单元以及输出的过程中可以并行。

参考图1，示出了本发明的一种动态可重构阵列的配置信息切换方法实施例的步骤流程图，具体可以包括以下步骤：

步骤101、当配置信息之间没有数据依赖关系时，分别获取所述配置信息的运算特征信息；

步骤102、依据所述运算特征信息控制不同的配置信息分别在对应的动态可重构阵列中逐行切换。

在实际中，配置信息可以包括动态可重构单元(RC)的操作数、操作运算符、输入输出等控制字，动态可重构阵列由RC构成，具体可以参考图2所示的RC的结构示意图，In_regA和In_regB是输入寄存器，In_regA和In_regB中的数据可能来自输入FIFO(Input FIFO)或上一行RC的运算结果，运算后的结果进入输出寄存器Out_reg选择是否输出至输出FIFO(Output FIFO)，这些都由配置信息中的控制字opcode决定。

在本发明实施例中，所述配置信息是指动态可重构阵列内包含的配置信息，即所有动态可重构单元(RC)的控制字opcode和路由route的总和。

在本发明的一种优选实施例中，所述配置信息可以包括第一配置信息和第二配置信息，所述运算特征信息可以包括：第一配置信息的第一运算周期和输出次数，以及，第二配置信息的第二运算周期。在实际中，所述运算周期是指运算的关键路径长度，所述输出次数(Output Count)是指将动态可重构阵列的运算结果写入输出FIFO所需写操作的次数，在具体应用中，输出次数与带宽相关。

需要说明的是，在本发明实施例中，所述第一配置信息为在先运算的配置信息，所述第二配置信息为在后运算的配置信息。但第一配置信息和第二配置信息间没有数据依赖关系(或者称之为数据相关)，即第二配置信息中的操作数并不依赖于第一配置信息的运算结果。

在本发明的一种优选实施例中，所述动态可重构阵列可以包括第一阵列和第二阵列，其中，所述第一阵列用于执行第一配置信息的数据运算，所述第二阵列用于执行第二配置信息的数据运算。

基于第一配置信息、第一阵列、第二配置信息和第二阵列的设置，所述步骤102可以包括如下子步骤：

子步骤S1、当所述第二运算周期大于或等于第一运算周期时，在第一配置信息在第一阵列中经过m个周期的逐行运算后，切换至第二配置信息在第二阵列中的逐行运算，所述m为输出次数。

子步骤S2、当所述第二运算周期小于第一运算周期时，在第一配置信息在第一阵列中经过n个周期的逐行运算后，切换至第二配置信息在第二阵列中的逐行运算，所述n为第一运算周期与输出次数之和减去第二运算周期的结果。

应用本发明实施例，当第一配置信息CI1和第二配置信息CI2之间没有数据依赖关系时，输入FIFO、动态可重构阵列和输出FIFO之间可以流水(即数据输入、动态可重构阵列每一行的数据运算、数据输出可以并行)，输入FIFO为动态可重构阵列提供操作数，输出FIFO存储动态可重构阵列的运算结果。

当输入FIFO、动态可重构阵列和输出FIFO之间可以流水时，可以根据第一配置信息CI1的运算周期(第一运算周期，T1)和输出次数OC1，以及，第二配置信息CI2的运算周期(第二运算周期，T2)来决定动态可重构阵列的配置信息在切换时如何实现一行一行地切换，即实现动态可重构阵列内的流水，同时保证先写入输出FIFO的数据是第一配置信息CI1的运算结果。具体可以包括如下两种情况：

a)当T2大于等于T1时，在CI1的运算经过OC1个周期后，再开始CI2的运算；

这种处理可以较好地实现动态可重构阵列内的流水，CI1和CI2运算愈复杂，占用的RC愈多，流水效果愈好；

b)当T2小于T1时，在CI1的运算经过(T1+OC1-T2)个周期后，再开始CI2的运算；

这种处理可以实现动态可重构阵列内流水的同时，保证先写入输出FIFO的数据是CI1的运算结果。

需要说明的是，当第二配置信息CI2中的操作数来自第一配置信息CI1的运算结果时(即第一配置信息和第二配置信息有数据依赖关系时)，输入FIFO、动态可重构阵列和输出FIFO之间无法流水，动态可重构阵列内亦无法流水，即数据输入、动态可重构阵列每一行的数据运算、数据输出不能并行执行。在这种情况下，只能串行处理不同的配置信息。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，以下通过一个具体的示例进一步说明本发明实施例。

如图3所示，假设当前有两个独立的配置信息的动态可重构阵列，黑色虚线左侧的为第一阵列，其采用6x4阵列的结构，实现第一配置信息CI1的数据运算；黑色虚线右侧的为第二阵列，其采用6x4阵列的结构，实现第二配置信息CI2的数据运算，因此可以采用一个6x4的动态可重构阵列并行处理CI1和CI2。

由图3可以看出，CI1的运算周期T1为4，输出次数OC1为1(即2个输出数据一次性写入Output FIFO)，CI2的运算周期T2为3，T2小于T1，应用本发明实施例，在CI1的运算经过(T1+1-T2)＝2个周期后再开始CI2的运算。

参考图4所示的并行处理图3中的CI1和CI2的过程示意图，当CI1开始执行其在6x4RC阵列中的第三行RC(RC2)的数据运算(即减法操作或旁路操作)时，6x4RC阵列的第一行RC(RC0)切换到CI2的数据运算(即执行CI2的第一次加法运算)。

参考图5所示的串行处理图3中的CI1和CI2的过程示意图，若采用现有的串行处理方式，只有在执行完CI1在6x4RC阵列中的第四行RC(RC3)的数据运算并输出后，才能切换到CI2执行6x4RC阵列的第一行RC(RC0)的数据运算。

可以看出，本发明实施例相较于现有的串行处理方式，在完成CI1和CI2时，本发明可以节省3个周期，性能上约提高了33.3％，既实现了动态可重构阵列内的流水，还可以保证先写入输出FIFO的数据是CI1的运算结果。

本发明实施例还可以应用于配置信息的多次循环操作中。参考图6，假设基于图3的动态可重构阵列，第一配置信息包括循环操作的CI1.1，CI1.2，CI1.3和CI1.4，第二配置信息包括循环操作的CI2.1，CI2.2，CI2.3和CI2.4。

应用本发明实施例，在第1个周期执行CI1.1在该阵列中第一行RC(RC0)的运算；

在第2个周期执行CI1.1在该阵列中的第二行RC(RC1)的运算，以及，CI1.2在该阵列中的第一行RC(RC0)的运算；

在第3个周期执行CI1.1在该阵列中的第三行RC(RC2)的运算，以及，CI1.2在该阵列中的第二行RC(RC1)的运算，以及，CI1.3在该阵列中第一行RC(RC0)的运算；

在第4个周期执行CI1.1在该阵列中的第四行RC(RC3)的运算，以及，CI1.2在该阵列中的第三行RC(RC2)的运算，以及，CI1.3在该阵列中第二行RC(RC1)的运算，以及，CI1.4在该阵列中第一行RC(RC0)的运算；

在第5个周期执行CI1.1的输出操作，以及，CI1.2在该阵列中的第四行RC(RC3)的运算，以及，CI1.3在该阵列中第三行RC(RC2)的运算，以及，CI1.4在该阵列中第二行RC(RC 1)的运算；

在第6个周期执行CI1.2的输出操作，以及，CI1.3在该阵列中的第四行RC(RC3)的运算，以及，CI1.4在该阵列中第三行RC(RC2)的运算，以及，切换到CI2.1在该阵列中第一行RC(RC0)的运算；

在第7个周期执行CI1.3的输出操作，以及，CI1.4在该阵列中的第四行RC(RC3)的运算，以及，CI2.1在该阵列中第二行RC(RC1)的运算，以及，CI2.2在该阵列中第一行RC(RC0)的运算；

在第8个周期执行CI1.4的输出操作，以及，CI2.1在该阵列中第三行RC(RC2)的运算，以及，CI2.2在该阵列中第二行RC(RC1)的运算，以及，CI2.3在该阵列中第一行RC(RC0)的运算；

在第9个周期执行CI2.1的输出操作，以及，CI2.2在该阵列中第三行RC(RC2)的运算，以及，CI2.3在该阵列中第二行RC(RC1)的运算，以及，CI2.4在该阵列中第一行RC(RC0)的运算；

在第10个周期执行CI2.2的输出操作，以及，CI2.3在该阵列中第三行RC(RC2)的运算，以及，CI2.4在该阵列中第二行RC(RC1)的运算；

在第11个周期执行CI2.3的输出操作，以及，CI2.4在该阵列中第三行RC(RC2)的运算；

在第12个周期执行CI2.4的输出操作。

参考图7，若采用现有的串行处理方式，则需要前8个周期完成第一配置信息的输出后，才能切换到第二配置信息的运算，总共需要15个周期才能完成配置信息的切换。

现有的串行处理均采用统一配置的方式。而本发明实施例采用的是部分配置的方式，即先更新输入的配置信息，再更新阵列中一行一行的配置信息，再更新输出的配置信息。

对照图6和图7可以看出，一般情况下，流水线的深度取决于算法复杂度和阵列规模；并且，在流水线深度固定时，存在空闲的三角(如图7中标注的三角框线)。本发明实施例可以进一步拓展流水线的深度，并可以补上空闲的三角，提高硬件使用效率(即提高计算性能)。

需要说明的是，本发明实施例并不限于某两组配置信息之间的切换，所述第一配置信息和第二配置信息仅仅是相对于当前进行切换的配置信息而言的。例如，假设当前有三组配置信息A、B和C，则相对于A和B的切换而言，A是第一配置信息，B是相对于A的第二配置信息；相对于B和C的切换而言，B是第一配置信息，C是相对于B的第二配置信息，以此类推。

对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

参考图8，示出了本发明的一种动态可重构阵列的配置信息切换装置实施例的结构框图，具体可以包括以下模块：

运算特征获取模块81，用于在配置信息之间没有数据依赖关系时，分别获取所述配置信息的运算特征信息；

逐行切换模块82，用于依据所述运算特征信息控制不同的配置信息分别在对应的动态可重构阵列中逐行切换。

在本发明的一种优选实施例中，所述配置信息可以包括第一配置信息和第二配置信息，所述运算特征信息可以包括：第一配置信息的第一运算周期和输出次数，以及，第二配置信息的第二运算周期；其中，所述第一配置信息为在先运算的配置信息，所述第二配置信息为在后运算的配置信息。

相应地，所述动态可重构阵列可以包括第一阵列和第二阵列，所述第一阵列执行第一配置信息的数据运算，所述第二阵列执行第二配置信息的数据运算。

在本发明的一种优选实施例中，所述逐行切换模块可以包括以下子模块：

第一切换子模块821，用于在所述第二运算周期大于或等于第一运算周期时，在第一配置信息在第一阵列中经过m个周期的逐行运算后，切换至第二配置信息在第二阵列中的逐行运算，所述m为输出次数。

第二切换子模块822，用于在所述第二运算周期小于第一运算周期时，在第一配置信息在第一阵列中经过n个周期的逐行运算后，切换至第二配置信息在第二阵列中的逐行运算，所述n为第一运算周期与输出次数之和减去第二运算周期的结果。

由于所述装置实施例基本相应于前述方法实施例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此就不赘述了。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种动态可重构阵列的配置信息切换方法，以及，一种动态可重构阵列的配置信息切换装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种动态可重构阵列的配置信息切换方法，其特征在于，包括：

当配置信息之间没有数据依赖关系时，分别获取所述配置信息的运算特征信息；所述配置信息包括第一配置信息和第二配置信息，所述运算特征信息包括：第一配置信息的第一运算周期和输出次数，以及，第二配置信息的第二运算周期；其中，所述第一配置信息为在先运算的配置信息，所述第二配置信息为在后运算的配置信息；

依据所述运算特征信息控制不同的配置信息分别在对应的动态可重构阵列中逐行切换；

其中：所述动态可重构阵列可被配置为第一阵列和第二阵列，所述第一阵列执行第一配置信息的数据运算，所述第二阵列执行第二配置信息的数据运算；

所述依据运算特征信息控制不同的配置信息分别在对应的动态可重构阵列中逐行切换的步骤包括：

当所述第二运算周期大于或等于第一运算周期时，在第一配置信息在第一阵列中经过m个周期的逐行运算后，切换至第二配置信息在第二阵列中的逐行运算，所述m为输出次数；

当所述第二运算周期小于第一运算周期时，在第一配置信息在第一阵列中经过n个周期的逐行运算后，切换至第二配置信息在第二阵列中的逐行运算，所述n为第一运算周期与输出次数之和减去第二运算周期的结果。

2.一种动态可重构阵列的配置信息切换装置，其特征在于，包括：

运算特征获取模块，用于在配置信息之间没有数据依赖关系时，分别获取所述配置信息的运算特征信息；所述配置信息包括第一配置信息和第二配置信息，所述运算特征信息包括：第一配置信息的第一运算周期和输出次数，以及，第二配置信息的第二运算周期；其中，所述第一配置信息为在先运算的配置信息，所述第二配置信息为在后运算的配置信息；

逐行切换模块，用于依据所述运算特征信息控制不同的配置信息分别在对应的动态可重构阵列中逐行切换；

其中：所述动态可重构阵列可被配置为第一阵列和第二阵列，所述第一阵列执行第一配置信息的数据运算，所述第二阵列执行第二配置信息的数据运算；

所述逐行切换模块包括：

第一切换子模块，用于在所述第二运算周期大于或等于第一运算周期时，在第一配置信息在第一阵列中经过m个周期的逐行运算后，切换至第二配置信息在第二阵列中的逐行运算，所述m为输出次数；

第二切换子模块，用于在所述第二运算周期小于第一运算周期时，在第一配置信息在第一阵列中经过n个周期的逐行运算后，切换至第二配置信息在第二阵列中的逐行运算，所述n为第一运算周期与输出次数之和减去第二运算周期的结果。

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