CN103927269B - 一种基于块匹配的可重构配置信息缓存系统及压缩方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于块匹配的可重构配置信息缓存系统,包括配置信息解析单元、配置信息压缩单元、配置信息缓存单元及配置信息解压缩单元;所述配置信息缓存单元包括L1层配置信息缓存以及若干L2层配置信息缓存,所述L1层配置信息缓存用于存储多个可重构阵列的共享配置信息,所述每个L2层配置信息缓存对应一个可重构阵列,并且用于存储该可重构阵列的局部配置信息。所述缓存系统及其压缩方法提高了粗粒度动态可重构系统中配置信息缓存的资源利用率,使得在相同容量的配置信息缓存中,可以存储更多的配置信息,从而减少了粗粒度动态可重构系统的硬件开销。
Description
技术领域
本发明属于嵌入式可重构系统领域,具体地说,本发明涉及一种基于块匹配的可重构配置信息缓存系统及压缩方法。
背景技术
目前,可重构计算是通过对结构可变的硬件进行软件配置,来实现不同的算法的。它不仅具有专用集成电路的高性能,而且具有通用微处理器的灵活性。近年来,可重构计算越来越多地被应用于各类工程应用领域中,尤其在解决资源受限类算法时,相比传统方式表现出了很大的优势。在可重构计算使用广泛的无线通信、视频图像处理、数字信号处理等领域,各类软件应用的复杂度越来越高、计算性能要求也越来越高,相应的,对可重构系统的性能要求也越来越高。可重构系统的工作时间由重构时间、计算时间共同组成。为了适应软件应用的高复杂度,可重构系统的任务重构次数大量增加,这导致了可重构系统的重构时间变长。同时,为了满足软件应用的高计算性能要求,可重构系统的计算资源增多,通过提高硬件执行的并行度来减少计算时间,但是,这使计算资源重构时所需的配置信息量大大增加,进一步增加了可重构系统的重构时间,使可重构系统的性能提升遇到瓶颈。
发明内容
发明目的:本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种基于块匹配的可重构配置信息缓存系统及压缩方法,以提高粗粒度动态可重构系统动态重构效率和资源利用率。
技术方案:为了实现发明目的,本发明公开了一种基于块匹配的可重构配置信息缓存系统,包括配置信息解析单元、配置信息压缩单元、配置信息缓存单元及配置信息解压缩单元;
所述配置信息解析单元用于解析可重构阵列发来的配置信息读取请求信息,并且根据配置信息读取请求信息读取外部存储器或配置信息缓存单元中的配置信息;
所述配置信息压缩单元用于根据重构控制器发送来的重构任务信息对来自外部存储器的配置信息进行压缩;
所述配置信息缓存单元包括L1层配置信息缓存以及若干L2层配置信息缓存,所述L1层配置信息缓存用于存储多个可重构阵列的共享配置信息,所述每个L2层配置信息缓存对应一个可重构阵列,并且用于存储该可重构阵列的局部配置信息;
所述配置信息解压缩单元用于对配置信息缓存单元中的配置信息进行解压缩,并且将配置信息恢复成可重构阵列可使用的配置。
作为优选,所述配置信息压缩单元包括压缩模式选择器、第一级配置信息压缩器、第一级配置信息先进先出寄存器堆、第二级配置信息压缩器以及第二级配置信息先进先出寄存器堆;
所述压缩模式选择器用于根据重构控制器发送的算法数据流图特征来选择压缩模式;
所述第一级配置信息压缩器用于根据压缩模式选择器得到的压缩模式及二维压缩块结构将可重构阵列中多个处理单元的配置信息进行压缩;
所述第一级配置信息先进先出寄存器堆用于暂存第一级配置信息压缩器压缩得到的配置信息;
所述第二级配置信息压缩器用于对第一级配置信息压缩器已压缩过的二维压缩块结构进行再压缩,并提取压缩的重复次数;
所述第二级配置信息先进先出寄存器堆用于暂存第二级配置信息压缩器压缩得到的配置信息。
作为优选,所述第一级配置信息先进先出寄存器堆暂存的配置信息包括压缩模式标志位、二维压缩块描述位、处理单元相对路由以及处理单元操作类型;所述第二级配置信息先进先出寄存器堆暂存的配置信息包括压缩模式标志位、二维压缩块描述位、重复次数描述位、处理单元相对路由以及处理单元操作类型,
所述压缩模式标志位表示配置信息采用的压缩模式,所述压缩模式包括基于可重构阵列中处理单元行的压缩模式、基于可重构阵列中处理单元块的压缩模式、基于可重构阵列中处理单元列的压缩模式和未压缩模式;
所述二维压缩块描述位表示在某种压缩模式下基本压缩单元的大小,所述基本压缩单元的大小包括基本压缩单元中一行和一列所包含的处理单元个数;
所述重复次数描述位表示压缩的配置信息在可重构阵列中连续重构使用的次数;
所述处理单元相对路由表示处理单元和与其相连的处理单元之间的相对位置关系;
所述处理单元操作类型用于表示处理单元执行的基本运算类型。
为了进一步实现发明目的,本发明还公开了一种基于块匹配的可重构配置信息缓存系统的压缩方法,采用如上所述的基于块匹配的可重构配置信息缓存系统,所述压缩方法包括以下步骤,
(1)压缩模式选择器用于根据重构控制器发送的算法数据流图特征来选择压缩模式,并且确定基本压缩单元块的大小;所述压缩模式包括基于可重构阵列的处理单元行压缩模式、基于可重构阵列的处理单元块压缩模式、基于可重构阵列的处理单元列压缩模式以及未压缩模式;
(2)第一级配置信息压缩器根据步骤(1)中得到的压缩模式进行如下操作:
若为基于可重构阵列的处理单元行压缩模式,进入步骤(3);若为基于可重构阵列的处理单元块压缩模式,进入步骤(4);若为基于可重构阵列的处理单元列压缩模式,进入步骤(5);若为未压缩模式,进入步骤(6);
(3)所述基于可重构阵列的处理单元行压缩模式包括以下步骤:
(3.1)第一级配置信息压缩器根据基本压缩单元块大小按行对配置信息中多个处理单元的配置信息进行合并及压缩;
(3.2)将步骤(3.1)中处理过的配置信息存入第一级配置信息先进先出寄存器堆中;
(3.3)第二级配置信息压缩器对步骤(3.1)处理得到的相同多个行的配置信息进行压缩及合并;
(3.4)进入步骤(7);
(4)所述基于可重构阵列的处理单元块压缩模式包括以下步骤:
(4.1)第一级配置信息压缩器根据基本压缩单元块大小按块对配置信息中多个处理单元的配置信息进行合并及压缩;
(4.2)将步骤(4.1)中处理过的配置信息存入第一级配置信息先进先出寄存器堆中;
(4.3)第二级配置信息压缩器对步骤(4.1)处理得到的相同多个块的配置信息进行压缩及合并;
(4.4)进入步骤(7);
(5)所述基于可重构阵列的处理单元列压缩模式包括以下步骤:
(5.1)第一级配置信息压缩器根据基本压缩单元块大小按列对配置信息中多个处理单元的配置信息进行合并及压缩;
(5.2)将步骤(5.1)中处理过的配置信息存入第一级配置信息先进先出寄存器堆中;
(5.3)第二级配置信息压缩器对步骤(5.1)处理得到的相同多个列的配置信息进行压缩及合并;
(5.4)进入步骤(7);
(6)所述未压缩模式包括以下步骤:
第一级配置信息压缩器不对配置信息中多个处理单元的配置信息进行合并及压缩;
(7)将配置信息存入第二级配置信息先进先出寄存器堆中,结束压缩。
有益效果:本发明与现有技术相比,所述缓存系统及其压缩方法提高了粗粒度动态可重构系统中配置信息缓存的资源利用率,使得在相同容量的配置信息缓存中,可以存储更多的配置信息,从而减少了粗粒度动态可重构系统的硬件开销。
附图说明
图1为本发明的缓存系统的结构示意图;
图2为本发明缓存系统的配置信息压缩单元结构示意图;
图3为本发明缓存系统的压缩方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示,配置信息缓存系统包括配置信息解析单元、配置信息压缩单元、配置信息缓存单元以及配置信息解压缩单元;配置信息解析单元通过第一自定义接口与外部存储器连接并且可以发送控制信息给外部存储器,同时配置信息解析单元通过第二自定义接口与可重构阵列连接并且可以接收来自可重构阵列的控制信息;如图2所示,所述配置信息压缩单元由压缩模式选择器、第一级配置信息压缩器、第一级配置信息先进先出寄存器堆、第二级配置信息压缩器以及第二级配置信息先进先出寄存器堆组成,所述压缩模式选择器可以接收来自重构控制器的重构任务信息,第一级配置信息压缩器可以接收来自压缩模式选择器的控制信息并且可以接收来自外部存储器的配置信息,第一级配置信息先进先出寄存器堆可以接收来自第一级配置信息压缩器的配置信息,第二级配置信息压缩器可以接收来自第一级配置信息先进先出寄存器堆的配置信息,第二级配置信息先进先出寄存器堆可以接收来自第一级配置信息压缩器或第二级配置信息压缩器的配置信息;配置信息缓存单元由L1层配置信息缓存和N个L2层配置信息缓存组成,每个L2层配置信息缓存都与与其编号相对应的可重构阵列对应,L1层配置信息缓存可接收来自配置信息压缩单元的配置信息,也可以与配置信息解析单元进行控制信息的相互通信,L2层配置信息缓存可接收来自配置信息压缩单元的配置信息,也可以与配置信息解析单元进行控制信息的相互通信,同时可将配置信息发送至配置信息解压缩单元;配置信息解压缩单元通过第二自定义接口与可重构阵列连接,并且可以通过第二自定义接口发送配置信息给可重构阵列。
如表1所示,所述第一级配置信息先进先出寄存器堆暂存的配置信息包括压缩模式标志位、二维压缩块描述位、处理单元相对路由以及处理单元操作类型;如表2所示,所述第二级配置信息先进先出寄存器堆暂存的配置信息包括压缩模式标志位、二维压缩块描述位、重复次数描述位、处理单元相对路由以及处理单元操作类型。其中,所述压缩模式标志位用于表示配置信息采用的压缩模式,包括基于可重构阵列的处理单元行压缩模式、基于可重构阵列的处理单元块压缩模式、基于可重构阵列的处理单元列压缩模式以及未压缩模式;所述二维压缩块描述位用于表示在某种压缩模式下基本压缩单元的大小,包括基本压缩单元中一行和一列所包含的处理单元个数,特别地,在基于可重构阵列的处理单元行压缩模式下,其基本压缩单元的一列所包含的处理单元个数为1,在基于可重构阵列的处理单元列压缩模式下,其基本压缩单元的一行所包含的处理单元个数为1;所述重复次数描述位:用于表示压缩的配置信息在可重构阵列中连续重构使用的次数,如在基于可重构阵列的处理单元行压缩模式下,配置信息可连续用于可重构阵列中的多少行;所述处理单元相对路由用于表示处理单元与其相连处理单元间的相对位置关系;所述处理单元操作类型:用于表示处理单元执行的基本运算类型,如乘、加、移位或直通等。
表1
表2
如图3所示,所述缓存系统的压缩方法包括以下步骤,
(1)压缩模式选择器用于根据重构控制器发送的算法数据流图特征来选择压缩模式,并且确定基本压缩单元块的大小;所述压缩模式包括基于可重构阵列的处理单元行压缩模式、基于可重构阵列的处理单元块压缩模式、基于可重构阵列的处理单元列压缩模式以及未压缩模式;
(2)第一级配置信息压缩器根据步骤(1)中得到的压缩模式进行如下操作:若为基于可重构阵列的处理单元行压缩模式,进入步骤(3);若为基于可重构阵列的处理单元块压缩模式,进入步骤(4);若为基于可重构阵列的处理单元列压缩模式,进入步骤(5);若为未压缩模式,进入步骤(6);
(3)所述基于可重构阵列的处理单元行压缩模式包括以下步骤:
(3.1)第一级配置信息压缩器根据基本压缩单元块大小按行对配置信息中多个处理单元的配置信息进行合并及压缩;
(3.2)将步骤(3.1)中处理过的配置信息存入第一级配置信息先进先出寄存器堆中;
(3.3)第二级配置信息压缩器对步骤(3.1)处理得到的相同多个行的配置信息进行压缩及合并;
(3.4)进入步骤(7);
(4)所述基于可重构阵列的处理单元块压缩模式包括以下步骤:
(4.1)第一级配置信息压缩器根据基本压缩单元块大小按块对配置信息中多个处理单元的配置信息进行合并及压缩;
(4.2)将步骤(4.1)中处理过的配置信息存入第一级配置信息先进先出寄存器堆中;
(4.3)第二级配置信息压缩器对步骤(4.1)处理得到的相同多个块的配置信息进行压缩及合并;
(4.4)进入步骤(7);
(5)所述基于可重构阵列的处理单元列压缩模式包括以下步骤:
(5.1)第一级配置信息压缩器根据基本压缩单元块大小按列对配置信息中多个处理单元的配置信息进行合并及压缩;
(5.2)将步骤(5.1)中处理过的配置信息存入第一级配置信息先进先出寄存器堆中;
(5.3)第二级配置信息压缩器对步骤(5.1)处理得到的相同多个列的配置信息进行压缩及合并;
(5.4)进入步骤(7);
(6)所述未压缩模式包括以下步骤:
第一级配置信息压缩器不对配置信息中多个处理单元的配置信息进行合并及压缩;
(7)将配置信息存入第二级配置信息先进先出寄存器堆中,结束压缩。
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
本实施例为对H.2641080p@30fps HiP@Level4高清视频的解码,采用如下系统:重构控制单元为ARM7TDMI处理器、可重构阵列、配置信息解析器、配置信息压缩器、L1层配置信息缓存、L2层配置信息缓存、配置信息解压缩器、AHB总线、自定义接口、用作片外存储器的DDR SDRAM。配置信息压缩单元通过32bit的AHB总线、自定义接口与外部存储器相连接,外部存储器选用最常用的嵌入式外部存储器DDR SDRAM,支持64bit的数据访问位宽,具有良好的性价比以及能耗比。配置信息缓存单元通过AHB总线、自定义接口与可重构阵列相连。可重构阵列共有4个,每个可重构阵列均含有6×8个处理单元。对于该验证系统,对应的第一级配置信息先进先出寄存器堆和第二级配置信息先进先出寄存器堆的每行,压缩模式标志位宽度为2bit,其中,00代表基于可重构阵列中处理单元行的压缩模式,01代表基于可重构阵列处理单元块的压缩模式,10代表基于可重构阵列处理单元列的压缩模式,11代表未压缩模式;二维压缩块描述位宽度为4bit,其中二维压缩块的横向宽度为2bit,纵向长度为2bit,当二维压缩块的横向宽度为01时,是基于可重构阵列处理单元列的压缩模式,当二维压缩块的纵向长度为01时,是基于可重构阵列处理单元行的压缩模式;重复次数描述位为4bit;处理单元相对路由为4bit,其中,输入数据的相对路由2bit,输出数据的相对路由2bit,当相对路由为10时,表示从左上方相邻的处理单元输入或输出到左下方相邻的处理单元,当相对路由为01时,表示从右上方相邻的处理单元输入或输出到右下方相邻的处理单元,当相对路由为00时,表示从正上方相邻的处理单元输入或输出到正下方相邻的处理单元;处理单元操作类型为8bit。第一级先进先出寄存器堆深度为12,可存储12组压缩过的配置信息,第二级配置信息先进先出寄存器堆深度为8,可存储8组压缩过的配置信息。作为对比实验,设置了一个对比验证系统,与上述验证系统的区别在于去除了配置信息压缩单元和配置信息解压缩单元。实验结果表明,采用本发明提出的基于粗粒度动态可重构系统的配置信息缓存结构及配置信息压缩方法,配置信息缓存的资源利用率提高了40%左右,带宽节省30%左右,使得整个性能提升35%左右。
Claims (4)
1.一种基于块匹配的可重构配置信息缓存系统,其特征在于,包括配置信息解析单元、配置信息压缩单元、配置信息缓存单元及配置信息解压缩单元;
所述配置信息解析单元用于解析可重构阵列发来的配置信息读取请求信息,并且
根据配置信息读取请求信息读取外部存储器或配置信息缓存单元中的配置信息;
所述配置信息压缩单元用于根据重构控制器发送来的重构任务信息对来自外部存储器的配置信息进行压缩;
所述配置信息缓存单元包括L1层配置信息缓存以及若干L2层配置信息缓存,所述L1层配置信息缓存用于存储多个可重构阵列的共享配置信息,所述若干L2层配置信息缓存中的每个L2层配置信息缓存对应一个可重构阵列,并且用于存储该可重构阵列的局部配置信息;
所述配置信息解压缩单元用于对配置信息缓存单元中的配置信息进行解压缩,并且将配置信息恢复成可重构阵列可使用的配置。
2.如权利要求1所述的一种基于块匹配的可重构配置信息缓存系统,其特征在于,所述配置信息压缩单元包括压缩模式选择器、第一级配置信息压缩器、第一级配置信息先进先出寄存器堆、第二级配置信息压缩器以及第二级配置信息先进先出寄存器堆;
所述压缩模式选择器用于根据重构控制器发送的算法数据流图特征来选择压缩模式,所述算法数据流图特征包括用于表示压缩模式的压缩模式标志位、用于表示基本压缩单元大小的二维压缩块描述位、用于表示处理单元间的相对位置关系的处理单元相对路由以及处理单元操作类型;
所述第一级配置信息压缩器用于根据压缩模式选择器得到的压缩模式及二维压缩块结构将可重构阵列中多个处理单元的配置信息进行压缩;
所述第一级配置信息先进先出寄存器堆用于暂存第一级配置信息压缩器压缩得到的配置信息;
所述第二级配置信息压缩器用于对第一级配置信息压缩器已压缩过的二维压缩块结构进行再压缩,并提取压缩的重复次数;
所述第二级配置信息先进先出寄存器堆用于暂存第二级配置信息压缩器压缩得到的配置信息。
3.如权利要求2所述的一种基于块匹配的可重构配置信息缓存系统,其特征在于,所述第一级配置信息先进先出寄存器堆暂存的配置信息包括压缩模式标志位、二维压缩块描述位、处理单元相对路由以及处理单元操作类型;所述第二级配置信息先进先出寄存器堆暂存的配置信息包括压缩模式标志位、二维压缩块描述位、重复次数描述位、处理单元相对路由以及处理单元操作类型;
所述压缩模式标志位表示配置信息采用的压缩模式,所述压缩模式包括基于可重构阵列中处理单元行的压缩模式、基于可重构阵列中处理单元块的压缩模式、基于可重构阵列中处理单元列的压缩模式和未压缩模式;
所述二维压缩块描述位表示在某种压缩模式下基本压缩单元的大小,所述基本压缩单元的大小包括基本压缩单元中一行和一列所包含的处理单元个数;
所述重复次数描述位表示压缩的配置信息在可重构阵列中连续重构使用的次数;所述处理单元相对路由表示处理单元和与其相连的处理单元之间的相对位置关系;
所述处理单元操作类型用于表示处理单元执行的基本运算类型。
4.一种基于块匹配的可重构配置信息的压缩方法,其特征在于,采用如权利要求2或3所述的基于块匹配的可重构配置信息缓存系统,所述压缩方法包括以下步骤,
(1)压缩模式选择器用于根据重构控制器发送的算法数据流图特征来选择压缩模式,并且确定基本压缩单元块的大小;所述算法数据流图特征包括用于表示压缩模式的压缩模式标志位、用于表示基本压缩单元大小的二维压缩块描述位、用于表示处理单元间的相对位置关系的处理单元相对路由以及处理单元操作类型;所述压缩模式包括基于可重构阵列的处理单元行压缩模式、基于可重构阵列的处理单元块压缩模式、基于可重构阵列的处理单元列压缩模式以及未压缩模式;
(2)第一级配置信息压缩器根据步骤(1)中得到的压缩模式进行如下操作:若为基于可重构阵列的处理单元行压缩模式,进入步骤(3);若为基于可重构阵列的处理单元块压缩模式,进入步骤(4);若为基于可重构阵列的处理单元列压缩模式,进入步骤(5);若为未压缩模式,进入步骤(6);
(3)所述基于可重构阵列的处理单元行压缩模式包括以下步骤:
(3.1)第一级配置信息压缩器根据基本压缩单元块大小按行对配置信息中多个处理单元的配置信息进行合并及压缩;
(3.2)将步骤(3.1)中处理过的配置信息存入第一级配置信息先进先出寄存器堆中;
(3.3)第二级配置信息压缩器对步骤(3.1)处理得到的相同多个行的配置信息进行压缩及合并;
(3.4)进入步骤(7);
(4)所述基于可重构阵列的处理单元块压缩模式包括以下步骤:
(4.1)第一级配置信息压缩器根据基本压缩单元块大小按块对配置信息中多个处理单元的配置信息进行合并及压缩;
(4.2)将步骤(4.1)中处理过的配置信息存入第一级配置信息先进先出寄存器堆中;
(4.3)第二级配置信息压缩器对步骤(4.1)处理得到的相同多个块的配置信息进行压缩及合并;
(4.4)进入步骤(7);
(5)所述基于可重构阵列的处理单元列压缩模式包括以下步骤:
(5.1)第一级配置信息压缩器根据基本压缩单元块大小按列对配置信息中多个处理单元的配置信息进行合并及压缩;
(5.2)将步骤(5.1)中处理过的配置信息存入第一级配置信息先进先出寄存器堆中;
(5.3)第二级配置信息压缩器对步骤(5.1)处理得到的相同多个列的配置信息进行压缩及合并;
(5.4)进入步骤(7);
(6)所述未压缩模式包括以下步骤:
第一级配置信息压缩器不对配置信息中多个处理单元的配置信息进行合并及压缩;
(7)将配置信息存入第二级配置信息先进先出寄存器堆中,结束压缩。
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PB01 | Publication | ||
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