CN105988796B - 一种可重构计算系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种可重构计算系统，其包括上位机、配置模块、存储模块、引导配置模块以及可编程逻辑模块；可编程逻辑模块包括应用逻辑单元、支撑平台单元以及接口单元；应用逻辑单元包括多个用于进行各种应用数据的逻辑运算的应用逻辑块；支撑平台单元用于根据操作指令以及外部数据，基于编程配置信息以及计算数据，控制应用逻辑块进行逻辑运算；接口单元用于连接应用逻辑单元以及支撑平台单元。本发明将可编程逻辑模块划分为应用逻辑单元、支撑平台单元以及接口单元，降低了可重构计算系统的调试难度、且整个可重构计算系统的灵活度较高且开发周期较短。

Description

一种可重构计算系统

技术领域

本发明涉及计算机领域，特别是涉及一种可重构计算系统。

背景技术

FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)即可在计算平台中使用，该FPGA可根据预先设计好并存储在存储器中的硬件配置信息对硬件进行配置，使配置后的硬件具备某个特定的功能。因此该计算平台的硬件配置信息可以像软件一样修改，具备一定的灵活性。

但是基于FPGA的计算平台也具有以下缺点：FPGA在运行过程中，需要使用专门的逻辑来调试FPGA的运行状态，调试难度较大；并且可重用的资源也较少，造成FPGA计算平台的开发周期较长。

发明内容

本发明实施例提供一种调试难度低、灵活度较高以及开发周期较短的可重构计算系统；以解决现有的可重构计算系统的调试难度较高、调试灵活性较差以及开发周期较长的技术问题。

本发明实施例提供一种可重构计算系统，其包括：

上位机，用于发出操作指令以及提供外部数据；

配置模块，用于存储编程配置信息；

存储模块，用于存储计算数据；

引导配置模块，用于根据所述配置模块中的编程配置信息对可编程逻辑模块进行引导配置；以及

所述可编程逻辑模块，包括：

应用逻辑单元，包括多个用于进行各种应用数据的逻辑运算的应用逻辑块；

支撑平台单元，用于根据所述操作指令以及所述外部数据，基于所述编程配置信息以及所述计算数据，控制所述应用逻辑块进行逻辑运算；以及

接口单元，用于连接所述应用逻辑单元以及所述支撑平台单元；

其中所述配置模块、所述存储模块以及所述上位机分别与所述可编程逻辑模块连接。

相较于现有技术的可重构计算系统，本发明的可重构计算系统通过将可编程逻辑模块划分为应用逻辑单元、支撑平台单元以及接口单元，降低了可重构计算系统的调试难度、且整个可重构计算系统的灵活度较高且开发周期较短；解决了现有的可重构计算系统的调试难度较高、调试灵活性较差以及开发周期较长的技术问题。

附图说明

图1为本发明的可重构计算系统的优选实施例的结构示意图；

图2为本发明的可重构计算系统的优选实施例的可编程逻辑模块的支撑平台单元的结构示意图；

图3为本发明的可重构计算系统的优选实施例的可编程逻辑模块的接口单元的结构示意图；

图4为本发明的可重构计算系统的具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

请参照图式，其中相同的组件符号代表相同的组件，本发明的原理是以实施在一适当的运算环境中来举例说明。以下的说明是基于所例示的本发明具体实施例，其不应被视为限制本发明未在此详述的其它具体实施例。

本发明的可重构计算系统可设置在后台服务器中，如网站后台服务器。本发明的可重构计算系统可以较好的扩展网站后台服务器支持的应用以及扩充网站后台服务器的功能，整个调试过程简单、灵活且周期较短。

请参照图1，图1为本发明的可重构计算系统的优选实施例的结构示意图。本优选实施例的可重构计算系统10包括上位机11、配置模块12、存储模块13可编程模块14以及引导配置模块15。上位机11用于发出操作指令以及提供外部数据，配置模块12用于存储编程配置信息，存储模块13用于存储计算数据，引导配置模块15用于根据配置模块12中的编程配置信息对可编程逻辑模块14进行引导配置。

可编程逻辑模块14包括应用逻辑单元141、支撑平台单元142以及接口单元143；应用逻辑单元141包括多个用于进行各种应用数据的逻辑运算的应用逻辑块1411；支撑平台单元142用于根据操作指令以及外部数据，基于编程配置信息以及计算数据，控制应用逻辑块1411进行逻辑运算；接口单元143用于连接应用逻辑单元141以及支撑平台单元142。其中操作指令为控制应用逻辑块1411进行逻辑运算的指令；外部数据为应用逻辑块1411进行逻辑运算需要的外部输入数据；编程配置信息为可编程逻辑模块14的配置程序，计算数据为应用逻辑块1411进行逻辑运算需要的内部输入数据。配置模块12、存储模块13以及上位机11分别与可编程逻辑模块14连接。

请参照图2，图2为本发明的可重构计算系统的优选实施例的可编程逻辑模块的支撑平台单元的结构示意图。本优选实施例的可重构计算系统10的可编辑逻辑模块14的支撑平台单元142包括日志管理子单元1421、多通道仲裁子单元1422、存储控制子单元1423、外部接口子单元1424、系统升级管理子单元1425、寄存器以及中断管理子单元1426。

日志管理子单元1421用于记录应用逻辑块的运算日志；多通道仲裁子单元1422用于对日志管理子单元1421以及应用逻辑单元141的应用逻辑块1411进行数据传输通道调度；存储控制子单元1423用于在存储模块13中读取或存储计算数据，其包括与多通道仲裁子单元1422进行通信的第一通信接口以及与外部接口子单元1424进行通信的第二通信接口；外部接口子单元1424用于接收上位机44的操作指令以及外部数据，并返回运算结果至上位机44；系统升级管理子单元1425用于对配置模块中的编程配置信息进行升级操作；寄存器以及中断管理子单元1426用于管理应用逻辑块1411的寄存器数据以及中断信号。外部接口子单元1424通过存储控制子单元1426与多通道仲裁子单元1422连接；系统升级管理子单元1425分别与配置模块12、多通道仲裁子单元1422以及日志管理子单元1421连接；寄存器以及中断管理子单元1426分别与应用逻辑块1411以及外部接口子单元1424连接。

请参照图3，图3为本发明的可重构计算系统的优选实施例的可编程逻辑模块的接口单元的结构示意图。本优选实施例的可重构计算系统的可编辑逻辑模块的接口单元143包括大数据输入接口1431、大数据输出接口1432、小数据输入接口1433、小数据输出接口1434、控制信号接口1435、中断信号接口1436以及日志信号接口1437。大数据输入接口1431用于向应用逻辑单元141输入大流量数据；大数据输出接口1432用于向支撑平台单元142输出大流量数据；小数据输入接口1433用于向应用逻辑单元141输入小流量数据；小数据输出接口1434用于向支撑平台单元142输出小流量数据；控制信号接口1435用于将支撑平台单元142的控制信号发送至应用逻辑单元141；中断信号接口1436用于接收应用逻辑单元141输出的中断信号；日志信号接口1437用于接收应用逻辑单元141输出的运算日志。

其中计算数据可通过大数据输入接口1431输入至应用逻辑单元141，同时计算数据通过大数据输出接口1432输出至支撑平台单元142，该计算数据为逻辑运算的输入数据以及输出数据。计算参数通过小数据输入接口1433输入至应用逻辑单元141，同时计算参数通过小数据输出接口1434输出至支撑平台单元142，该计算参数为逻辑运算的输入处理参数以及输出处理参数。

请参照图4，图4为本发明的可重构计算系统的具体实施例的结构示意图。下面通过图4，详细说明本优选实施例的可重构计算系统的具体工作原理。

首先引导配置模块15读取配置模块12的编程配置信息，并根据编程配置信息对可编程逻辑模块14的应用逻辑单元141、支撑平台单元142以及接口单元143进行引导配置。

随后上位机11将需要处理的计算数据发送至可重构计算系统10的可编程逻辑模块14的支撑平台单元142的外部接口子单元1424，其中计算数据通过外部接口子单元1424以及存储控制子单元1423存储在存储模块13。

随后可编程逻辑模块14的支撑平台单元142接收上位机11的操作指令，支撑平台单元142的多通道仲裁子单元1422经存储控制子单元1423从存储模块13以及上位机11获取计算数据，并通过接口单元143将计算数据发送至应用逻辑单元141的应用逻辑块1411。

然后应用逻辑单元141的应用逻辑块1411可以根据计算数据开始进行逻辑运算。

随后应用逻辑块1411在逻辑运算过程中，不断通过接口单元143与支撑平台单元142的日志管理子单元1421通信，日志管理子单元1421记录上述应用逻辑块的运算日志，并通过接口单元143、多通道仲裁子单元1422以及存储控制子单元1423将运算日志返回至存储模块13；同时应用逻辑块1411也将逻辑运算结果通过接口单元143、多通道仲裁子单元1422以及存储控制子单元1423返回至存储模块13。多个应用逻辑块1411以及日志管理子单元1421可在多通道仲裁子单元1422的控制下并行进行数据传输，即应用逻辑块1411和日志管理子单元1421均认为占有一独立的数据传输通道，上述数据传输通道同时工作。

应用逻辑块1411运算完成后，可通过接口单元143以及寄存器以及中断管理子单元1426直接将寄存器数据，如计算参数以及应用逻辑块1411的状态参数等以及中断信号发送至外部接口子单元1424，进而发送至上位机11。

上位机11控制寄存器清除上述中断信号，并通过外部接口子单元1424以及存储控制子单元1423读取逻辑运算结果以及运算日志，以便进行数据分析。

这样即完成了本优选实施例的可重构计算系统10的逻辑运算过程。

本优选实施例的可重构计算系统10通过标准化的接口单元143实现应用逻辑单元141与支撑平台单元142之间的通信，各种传输数据均可通过接口单元143中预设的接口进行通信，因此只要将调试后的应用逻辑单元141的输入数据以及输出数据通过相应的接口进行输入以及输出，即可实现新功能的应用逻辑单元的更新，整个更新操作的难度较低。且应用逻辑单元141中的所有应用逻辑块1411均可进行重新设计，而支撑平台单元142和接口单元143不用改变，因此整个可重构计算系统10的灵活度也较高。

存储控制子单元1423通过第一通信接口与多通道仲裁子单元1422进行通信，通过第二通信接口与外部接口子单元1424进行通信，第一通信接口和第二通信接口相互独立，可以很好的避免通信接口之间的冲突。

同时配置模块12存储有固定的备份配置信息以及可替换的编程配置信息，系统升级管理子单元1425可对可替换的编程配置信息进行实时升级以及替换，并将升级结果保存在日志管理子单元1421中，如升级或替换失败，配置模块12则会自动使用固定的备份配置信息进行逻辑运算。

本发明的可重构计算系统通过将可编程逻辑模块划分为应用逻辑单元、支撑平台单元以及接口单元，通过修改应用逻辑单元的应用逻辑块即可实现不同高性能计算平台的开发，具有一定的通用性，降低了可重构计算系统的调试难度、且整个可重构计算系统的灵活度较高且开发周期较短。

本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。上述的各装置或系统，可以执行相应方法实施例中的方法。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种可重构计算系统，其特征在于，包括：

上位机，用于发出操作指令以及提供外部数据；

配置模块，用于存储编程配置信息；

存储模块，用于存储计算数据；

引导配置模块，用于根据所述配置模块中的编程配置信息对可编程逻辑模块进行引导配置；以及

所述可编程逻辑模块，包括：

应用逻辑单元，包括多个用于进行各种应用数据的逻辑运算的应用逻辑块；

支撑平台单元，用于根据所述操作指令以及所述外部数据，基于所述编程配置信息以及所述计算数据，控制所述应用逻辑块进行逻辑运算；以及

接口单元，用于连接所述应用逻辑单元以及所述支撑平台单元；

其中所述配置模块、所述存储模块以及所述上位机分别与所述可编程逻辑模块连接；

所述支撑平台单元包括：

日志管理子单元，用于记录所述应用逻辑块的运算日志；

多通道仲裁子单元，用于对所述日志管理子单元以及所述应用逻辑单元的所述应用逻辑块进行数据传输通道调度；

存储控制子单元，用于在所述存储模块中读取或存储计算数据；以及

外部接口子单元，用于接收所述上位机的操作指令以及所述外部数据，并返回运算结果至所述上位机；

所述外部接口子单元通过所述存储控制子单元与所述多通道仲裁子单元连接。

2.根据权利要求1所述的可重构计算系统，其特征在于，所述存储控制子单元具有与所述多通道仲裁子单元通信的第一通信接口，以及与所述外部接口子单元通信的第二通信接口。

3.根据权利要求1所述的可重构计算系统，其特征在于，所述支撑平台单元还包括：

系统升级管理子单元，分别与所述配置模块、所述多通道仲裁子单元以及所述日志管理子单元连接，用于对所述配置模块中的编程配置信息进行升级操作。

4.根据权利要求1所述的可重构计算系统，其特征在于，所述支撑平台单元还包括：

寄存器以及中断管理子单元，用于管理所述应用逻辑块的寄存器数据以及中断信号，所述寄存器以及中断管理子单元分别与所述应用逻辑块以及外部接口子单元连接。

5.根据权利要求1所述的可重构计算系统，其特征在于，所述接口单元包括：

大数据输入接口，用于向所述应用逻辑单元输入大流量数据；

大数据输出接口，用于向所述支撑平台单元输出大流量数据；

小数据输入接口，用于向所述应用逻辑单元输入小流量数据；以及

小数据输出接口，用于向所述支撑平台单元输出小流量数据。

6.根据权利要求5所述的可重构计算系统，其特征在于，所述计算数据通过所述大数据输入接口输入至所述应用逻辑单元，所述计算数据通过所述大数据输出接口输出至所述支撑平台单元；计算参数通过所述小数据输入接口输入至所述应用逻辑单元，计算参数通过所述小数据输出接口输出至所述支撑平台单元。

7.根据权利要求5所述的可重构计算系统，其特征在于，所述接口单元还包括：

控制信号接口，用于将所述支撑平台单元的控制信号发送至所述应用逻辑单元；

中断信号接口，用于接收所述应用逻辑单元输出的中断信号；以及

日志信号接口，用于接收所述应用逻辑单元输出的运算日志。

8.根据权利要求1所述的可重构计算系统，其特征在于，多个所述应用逻辑块在所述多通道仲裁子单元的控制下并行运算。

9.根据权利要求1所述的可重构计算系统，其特征在于，所述配置模块存储有固定的备份配置信息以及可替换的编程配置信息。