動(dòng)態(tài)可重構(gòu)基本理論.doc

論文閱讀理論方法總結(jié)Yongfu feng1 FPGA動(dòng)態(tài)可重構(gòu)基礎(chǔ)理論 嚴(yán)格來講，系統(tǒng)重構(gòu)的概念可分為靜念系統(tǒng)重構(gòu)和動(dòng)態(tài)系統(tǒng)重構(gòu)。靜態(tài)系統(tǒng)重構(gòu)是指目標(biāo)系統(tǒng)的邏輯功能靜態(tài)重載，即FPGA芯片功能在外部邏輯的控制下，通過存貯于存貯器中不同的目標(biāo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)重新下載，而實(shí)現(xiàn)芯片邏輯功能的改變。也就是指系統(tǒng)中PLD邏輯的靜態(tài)重載，在系統(tǒng)空閑期間通過各種方式進(jìn)行在線編程，而不是在其他部分動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)重載。1. 1動(dòng)態(tài)可重構(gòu)概念及原理 動(dòng)態(tài)重構(gòu)系統(tǒng)概念的提出早于FPGA動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)的提出。動(dòng)態(tài)重構(gòu)系統(tǒng)指對(duì)于時(shí)序變化的數(shù)字邏輯系統(tǒng)，其時(shí)序邏輯的發(fā)生，不是通過調(diào)用芯片內(nèi)不同區(qū)域、不同邏輯資源來組合而成的，而可通過對(duì)具有專門緩存邏輯資源的FPGA，進(jìn)行局部的和全局的芯片邏輯的動(dòng)態(tài)重構(gòu)而快速實(shí)現(xiàn)。也就是指在系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行當(dāng)中對(duì)FPGA的邏輯功能實(shí)時(shí)地進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置，能夠只對(duì)其內(nèi)部需要修改的邏輯單元進(jìn)行重新配置，沒有被修改的邏輯單元將不受影響，正常工作。一般由傳統(tǒng)處理器執(zhí)行主程序，特定的任務(wù)賦給以FPGA為基礎(chǔ)的協(xié)處理器以加速它們的執(zhí)行。事實(shí)上，在大部分處理時(shí)間內(nèi)，只有相對(duì)較小的一部分用來計(jì)算內(nèi)部任務(wù)，而硬件可以顯著加速執(zhí)行的時(shí)間。在重構(gòu)的過程中，根據(jù)需要，任務(wù)可以交換進(jìn)入?yún)f(xié)處理器進(jìn)行處理。 所謂FPGA動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)，是指基于靜態(tài)存儲(chǔ)器(SRAM)編程和專門結(jié)FPGA，在一定的控制邏輯的驅(qū)動(dòng)下，不僅能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重新配置電路功能，還能對(duì)芯片邏輯功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高速動(dòng)態(tài)變換。大多數(shù)FPGA都是基于SRAM查找表結(jié)構(gòu)，它們一般只適用于靜態(tài)重構(gòu)，向SRAM一次下載全部配置數(shù)據(jù)而設(shè)定FPGA的邏輯功能。根據(jù)FPGA的、配置方式等不同，全部重構(gòu)時(shí)間為幾毫秒到幾秒不等。過去大家普遍進(jìn)行重構(gòu)研究的FPGA主要有，Xilinx的XC6200系列、以及Atmel的AT6000等。它們也是基于SRAM結(jié)構(gòu)，但是SRAM的各單元能夠單獨(dú)訪問配置，分重構(gòu)。它們的功能互不影響，因而具有部分重構(gòu)的特征。這樣做的優(yōu)點(diǎn)顯但也會(huì)付出增大硬件電路規(guī)模和功耗的代價(jià)。要最終實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)的完全實(shí)構(gòu)，應(yīng)采用結(jié)構(gòu)上具有動(dòng)態(tài)部分重構(gòu)功能的FPGA器件，如現(xiàn)在Xilinx的VirtexII系列。從動(dòng)態(tài)可重構(gòu)的特征可以引出一種新的設(shè)計(jì)思想：1，以小規(guī)模硬件邏輯資源來實(shí)現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)時(shí)序功能,將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的空間分布的硬件邏輯，分為器件外部特征不變，而內(nèi)部邏時(shí)間上交替變換，并共同在時(shí)問空間上構(gòu)成系統(tǒng)整體邏輯功能。FPGA動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)主要特征是將整體按功能或按時(shí)序分解為不同的組合，并根據(jù)實(shí)際需要，分時(shí)對(duì)芯片進(jìn)行動(dòng)態(tài)重構(gòu)，以較少的硬件資源，去實(shí)現(xiàn)較大的時(shí)序系統(tǒng)整體功能。圖1給出了一種典型的FPGA動(dòng)態(tài)可重構(gòu)原理示意圖。從圖1中可以看出，在外部邏輯的控制下，可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地對(duì)芯片邏輯實(shí)現(xiàn)全部重構(gòu)或局部重構(gòu),通過控制布局、布線的資源，來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)。圖1.1典型的FPGA動(dòng)態(tài)可重構(gòu)原理圖要使FPGA有效地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)重構(gòu)， FPGA結(jié)構(gòu)上必須滿足以下要求：1，不僅具有可重新編程能力，同時(shí)可動(dòng)態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)資源地重新配置，而不會(huì)破壞器件中全局或局部邏輯操作能力。2，F(xiàn)PGA內(nèi)部配置信息對(duì)稱，即在任何時(shí)刻、任何通用的基本邏輯功能可以配置于器件地任何一個(gè)位置，運(yùn)行用簡(jiǎn)單模型組合去實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的復(fù)雜功能。1.2 FPGA配置架構(gòu)FPGA的配置文件通過數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)紽PGA的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，下載處理器處理緩沖區(qū)中每一幀配置數(shù)據(jù)，并把其下載到FPGA的配置RAM中，也就是邏輯配置層。邏輯配置層的中RAM的取值決定了FPGA的功能。也就是說，在常見的FPGA中，其配置電路的結(jié)構(gòu)原理圖如圖12 FPGA配置電路結(jié)構(gòu)圖從上圖中反映的配置過程我們不難發(fā)現(xiàn)，制約FPGA配置速度的因素有兩個(gè)；一個(gè)是配置數(shù)據(jù)的下載速度；一個(gè)是FPGA內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理速度。FPGA的配置速度是動(dòng)態(tài)可重構(gòu)系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的指標(biāo)，快速高效的下電路設(shè)計(jì)是可重構(gòu)系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵問題。一般說來，加快重配置過程方法有三種：第一、優(yōu)化FPGA配置電路總線，使配置文件能夠以更快的速度下載到FPGA配置單元當(dāng)中；第二、減小配置文件，在配置速度不變的情況下這也是一個(gè)十分有效的辦法；第三、優(yōu)化FPGA的重配置流程，簡(jiǎn)化FPGA的配置步驟，減少不必要的時(shí)間開銷。二動(dòng)態(tài)部分可重構(gòu)的兩種模式 Xilinx Virtex系列一個(gè)最重要的特性就是動(dòng)態(tài)可重構(gòu)。當(dāng)器件的同一個(gè)區(qū)域要載入不同的設(shè)計(jì)功能并且又不需要重新配置整個(gè)電路，也不影響其他電路的行時(shí)就需要部分動(dòng)態(tài)可重構(gòu)。這樣既可以降低電路能量消耗又可以提高板子利率、加快下載速度。Virtex器件的有效部分動(dòng)態(tài)可重構(gòu)可以使用Selectmap模式或者Boundary scan(JTAG)模式下載。不需要重新配置器件也不需要下載完整的配置，新的據(jù)只需下載到器件的可重構(gòu)部分。對(duì)于目前的FPGA器件來說，數(shù)據(jù)是以柵(column)為基礎(chǔ)下載，最小的可下載單元是一幀(frame)的配置比特流，它據(jù)目標(biāo)器件的不同而有不同的大小。FPGA的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)有兩種不同的方式：u 基于模塊(Module-based)的部分可重構(gòu)。u 基于差異(Difference-based)的部分動(dòng)態(tài)可重構(gòu)。21基于模塊的部分可重構(gòu) 部分可重構(gòu)定義了一些特殊的區(qū)域，這些區(qū)域可以在器件的其他部分還在運(yùn)行的情況下進(jìn)行重構(gòu)，這些特殊區(qū)域稱作可重構(gòu)區(qū)域?；谀K的部分可重構(gòu)就是將電路功能劃分成一個(gè)個(gè)的模塊，這些模塊包括可重構(gòu)模塊(可以實(shí)現(xiàn)重構(gòu)的特殊區(qū)域)和固定模塊(功能不變不能實(shí)現(xiàn)重構(gòu)的區(qū)域)?？芍貥?gòu)模塊具有以下的一些特性：1 重構(gòu)模塊的高度是整個(gè)器件的高度。2 重構(gòu)模塊的寬度最小可以是四個(gè)slice最大可以到整個(gè)器件的寬度，但必須以四的整數(shù)倍的slice增加。3 重構(gòu)模塊放置的水平坐標(biāo)必須是四的整數(shù)倍的slice的邊界，例如：左邊邊界可以放置在x-0,4，8，4 模塊寬度范圍內(nèi)包括的所有邏輯資源都被看作是可重構(gòu)模塊的一部分，包括slice、TBUF、RAM塊、乘法器、lOB和布線資源。5 時(shí)鐘邏輯和可重構(gòu)模塊是相互分離的，時(shí)鐘和比特流是相互獨(dú)立的。6 可重構(gòu)模塊上部和下部的IOB是可重構(gòu)模塊資源的一部分。7 如果一個(gè)可重構(gòu)模塊貫穿了整個(gè)板子的左部和右部，那么每一邊的IOB都是可重構(gòu)模塊資源的一部分。8 為了降低設(shè)計(jì)難度，要盡量減少可重構(gòu)模塊的個(gè)數(shù)(理想狀況下，如果可能的話，最好只有一個(gè)可重構(gòu)模塊)，所以說slice的數(shù)目能被四整除是可重構(gòu)模塊區(qū)域的唯一約束。9 可重構(gòu)模塊的邊界不能改變。任何一個(gè)可重構(gòu)模塊的位置、所占據(jù)的區(qū)域都是固定的。10可重構(gòu)模塊和其他模塊之間的通信(包括可重構(gòu)模塊和普通固定模塊之間、可重構(gòu)模塊和可重構(gòu)模塊之間)都是通過使用特殊的總線宏，如圖21。圖21線宏用作模塊內(nèi)部通信11 為了保證重構(gòu)的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)合適的操作，需要外在的握手邏輯。在可重構(gòu)過程之前和之后，要保存可重構(gòu)模塊內(nèi)的存儲(chǔ)元素的狀態(tài)。如圖22所示，是一個(gè)具有兩個(gè)部分可重構(gòu)模塊的設(shè)計(jì)，各模塊間都是通過總線宏來進(jìn)行通信的。圖22具有兩個(gè)可重構(gòu)模塊的設(shè)計(jì)布局圖圖23 可重構(gòu)模塊的設(shè)計(jì)流程圖 圖53基于模塊化的配置文件生成流程 基于模塊化的配置文件生成流程與模塊化設(shè)計(jì)方法緊密聯(lián)系，并要求系統(tǒng)是按照模塊化設(shè)計(jì)方法開發(fā)的。在模塊化設(shè)計(jì)方法中，系統(tǒng)首先被劃分為一些具有特定功能、相互之間比較獨(dú)立的模塊，并且模塊之間的接口和互連關(guān)系已經(jīng)被預(yù)先定義好。隨后，各個(gè)模塊被不同的開發(fā)人員并行地設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)。最后，各個(gè)模塊按照最初定義的互連關(guān)系被組裝起來，形成一個(gè)完整的系統(tǒng)。當(dāng)需要?jiǎng)討B(tài)改變某個(gè)模塊的功能時(shí)，開發(fā)人員仍然需要按照模塊化設(shè)計(jì)方法的流程得到該模塊的布局布線文件，但是不需要進(jìn)行模塊的組裝工作。取而代之的是：直接根據(jù)布局布線文件得到該模塊所對(duì)應(yīng)的硬件區(qū)域的配置數(shù)據(jù)文件。21.1總線宏的通訊 為了促進(jìn)可重構(gòu)模塊之間的通信，需要保證穿過可重構(gòu)模塊邊界的布線資源是完全固定而且必須是靜態(tài)的，這就需要一種特殊的總線宏?？偩€宏的主要作用足保證穿過可重構(gòu)模塊邊界的布線資源固定，使可暈構(gòu)模塊邊界的布線資源不被改變。目前使用如圖2.3就是所需的這種總線宏：其中，左邊的A是一個(gè)模塊，右邊的B是另一個(gè)模塊，A或者B是可重構(gòu)模塊，或者AB全是可重構(gòu)模塊。A和B中間的總線宏，就是支持AB之間通信的特殊總線宏。它保證AB間布線資源的不變性。也就是說當(dāng)一個(gè)模塊進(jìn)行重構(gòu)時(shí)模塊內(nèi)部信號(hào)用到的布線資源不能改變。如圖23，總線宏是兩個(gè)模塊問的一個(gè)固定的布線橋。它是一個(gè)事先已經(jīng)布線好的用來確定精確布線軌道的宏，并且在編輯改變的時(shí)候保持不變。對(duì)于每個(gè)不同的設(shè)計(jì)應(yīng)用來說，它是一個(gè)絕對(duì)固定不變的總線宏。目前使用的總線宏由八個(gè)三態(tài)緩沖器(TBUF)組成，能夠?qū)崿F(xiàn)4個(gè)比特寬度的數(shù)據(jù)通路。其如圖24。圖2.4總線宏圖2.5總線宏的物理執(zhí)行總線宏允許信息雙向傳遞，一個(gè)比特的信息使用一個(gè)三態(tài)緩沖器的長(zhǎng)線。Virtex器件的每一行支持一個(gè)總線宏的四個(gè)比特?？偩€宏的位置精確的跨騎在模塊A和模塊B之間，其中四柵三態(tài)緩沖器在A內(nèi)，另外四柵三態(tài)緩沖器在B內(nèi)。由三態(tài)緩沖器長(zhǎng)線輸出所組成的固定橋確保兩個(gè)模塊問固定的通信?？偩€宏的信息通訊是雙向的，既可以從左到右也可以從右到左。但是對(duì)于這個(gè)設(shè)計(jì)來說，一旦信息通信方向確定以后就不能再改變。21.2 總線宏的基本設(shè)計(jì)方式總線宏的基本設(shè)計(jì)方式為:1) 在設(shè)計(jì)初期將可重構(gòu)硬件資源規(guī)劃好,重構(gòu)模塊和固定模塊劃分好.2) 在模塊功能劃分好后，將總線宏的位置鎖定在固定模塊和重構(gòu)模塊的邊界.3) 總線宏的設(shè)計(jì)工具是使用FPGA底層編輯器FPGA Editor。FPGA Editor是一個(gè)手工布局布線設(shè)計(jì)工具，需要設(shè)計(jì)者具有一定設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)才能完成設(shè)計(jì)，單是FPGA Editor的使用靈活性也更高。通過FPGA Editor可以編輯或者查看可配置邏輯功能塊(CLB)，IO功能塊等一些FPGA內(nèi)部的基本單元。使用總線宏約束重構(gòu)模塊和固定模塊之間的布線資源使其不被改變。總線宏的設(shè)計(jì)需要消耗額外的硬件資源，造成一些資源浪費(fèi)；另外總線宏固定了重構(gòu)模塊和固定模塊之間的布線，即固定模塊之間的通信，模塊之間不再可以進(jìn)行任意通信，這在一定程度市內(nèi)過降低了部分重構(gòu)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)上的靈活性。但是在當(dāng)前技術(shù)條件下，基于模塊的部分重構(gòu)設(shè)計(jì)使用總線宏的通訊機(jī)制是目前最佳的解決方案。22 基于差異的部分可重構(gòu) 基于差異的部分可重構(gòu)只是比較重構(gòu)前后的電路差別，產(chǎn)生一個(gè)只包含重構(gòu)前后設(shè)計(jì)差別的比特流?？梢允褂脙煞N方法來改變?cè)O(shè)計(jì)、產(chǎn)生重構(gòu)酊后的差別。分別是前端改變(HDL描述)和后端改變(NCD文件)。對(duì)于前端改變來說，設(shè)計(jì)必須重新綜合，創(chuàng)建一個(gè)新的布局布線好的NCD文件。而對(duì)于后端設(shè)計(jì)來說只需要改變NCD文件，不必重新綜合，可以通過FPGA Editor工具來修改。使用BitGen就可以生成電路可重構(gòu)部分內(nèi)開關(guān)狀態(tài)差別的可下載差異文件?？芍貥?gòu)前后開關(guān)配置的改變非常迅速比重新配置整個(gè)電路要快很多，就像差異比特流比整個(gè)電路的比特流小很多一樣。差異比特流很小，所以能夠迅速而簡(jiǎn)單的下載到電路中。如果設(shè)計(jì)中可重構(gòu)的邏輯塊很大、功能很復(fù)雜，則需要使用基于模塊的部分可重構(gòu)。然而，有很多電路只需要修改比較少的內(nèi)容，或許只需要修改一個(gè)LUT內(nèi)容、BRAM的內(nèi)容或者一個(gè)I/O口等，這種類型的修改可以輕松的通過Xilinx FPGA Editor修改布局布線后的NCD文件來實(shí)現(xiàn)。一旦修改完成后，利用BitGen來產(chǎn)生重構(gòu)前后差異的下載文件，即可實(shí)現(xiàn)部分重構(gòu)。然而，要完成以上操作要很好的理解如何使用FPGAEditor來修改邏輯以及BitGen相關(guān)選項(xiàng)的選擇。在FFGA Editor中可以進(jìn)行三種方式的修改：u 改變I/O標(biāo)準(zhǔn)u 改變BRAM內(nèi)容u 改變LUT設(shè)計(jì)。其中可以選擇的最小邏輯元素是slice。使用FPGAEditor修改設(shè)計(jì)時(shí)，首先要打開NCD文件，看到邏輯塊后找到可選擇的最小邏輯元素slice，打開片slice的結(jié)構(gòu)圖窗口。要修改BRAM的內(nèi)容時(shí)，首先打開NCD文件找到BRAM后，打開BRAM的結(jié)構(gòu)圖可進(jìn)行BRAM修改。同樣對(duì)I/O標(biāo)準(zhǔn)的修改也一樣，打開NCD文件找到I/O后，打開I/O構(gòu)圖進(jìn)行I/O標(biāo)準(zhǔn)的修改。以上三種修改都符合有效的重構(gòu)流程。除了這三種方式還有其他的修改方式，比如：顛倒極性、振蕩器的初始化和重新設(shè)置值、上拉、下拉外部管腳或者RAM寫方式。所有這些特性都能夠在實(shí)際的slice、RAM邏輯塊或IOB中修改。但是，最好不要進(jìn)行任何有可能影響布線或者產(chǎn)生內(nèi)部連接沖突的修改行為。圖2.6 計(jì)差異的設(shè)計(jì)流程23 基于模塊與基于差異部分的可重構(gòu)比較 基于模塊的部分態(tài)可重構(gòu)將設(shè)計(jì)分解成模塊，對(duì)一個(gè)設(shè)計(jì)來說，每個(gè)模塊都是完全獨(dú)立的。如模塊之間需要交流通信，就需要一種特殊的總線宏，它允許信號(hào)穿過部分可重的邊界?？偩€宏為設(shè)計(jì)的內(nèi)部通信提供了一個(gè)固定的總線。每次實(shí)現(xiàn)部分可重時(shí)，總線宏就用來確定模塊間的布線通道沒有改變，保證正確的連接。 基于差異的部分可重構(gòu)只是基于比較重構(gòu)前后的電路差別，產(chǎn)生一個(gè)只包含重構(gòu)前后設(shè)計(jì)差別的比特流。差異比特流比整個(gè)電路的比特流小很多，所以能夠迅速下載到電路中。但是如果電路功能比較復(fù)雜則差異文件會(huì)非常龐大，所以基于差異的部分可重構(gòu)只適用于功能簡(jiǎn)單的電路，對(duì)于功能復(fù)雜的電路需要使用基于模塊的部分可重構(gòu)。三動(dòng)態(tài)重構(gòu)FPGA電路設(shè)計(jì)流程 靜態(tài)重構(gòu)FPGA電路設(shè)計(jì)是一種自頂向下的設(shè)計(jì)流程，先進(jìn)行行為級(jí)電路描述，然后轉(zhuǎn)化為寄存器傳輸級(jí)的邏輯電路，然后結(jié)合FPGA器件廠家的工藝庫(kù)，經(jīng)過邏輯綜合生成網(wǎng)表文件，然后進(jìn)行布局、布線并通過相應(yīng)軟件產(chǎn)生FPGA的配置文件，最后將配置文件下載至FPGA中，即完成FPGA的整個(gè)電路設(shè)計(jì)，還要在各個(gè)不同層次進(jìn)行仿真驗(yàn)證，以保證設(shè)計(jì)的正確性。 動(dòng)態(tài)重構(gòu)FPGA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程與靜態(tài)重構(gòu)FPGA不同，在邏輯設(shè)計(jì)階段針對(duì)同一個(gè)器件設(shè)計(jì)多個(gè)功能電路Fl，F(xiàn)2，F(xiàn)n，這些電路的配置文件都預(yù)先生成好，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器件中，稱為重構(gòu)件。根據(jù)電路的調(diào)用順序來定義重構(gòu)狀態(tài)圖。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，根據(jù)重構(gòu)狀態(tài)圖，結(jié)臺(tái)系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，將相應(yīng)的重構(gòu)件配置到FPGA中，實(shí)現(xiàn)某一時(shí)刻所需的硬件功能。重構(gòu)件可以是某個(gè)特定的算法電路，比如FIR，IIR，也可以僅僅是完成輸入、輸出間的某種特定連接，也可以實(shí)現(xiàn)其他電路功能。3.1動(dòng)態(tài)重構(gòu)FPGA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程 動(dòng)態(tài)重構(gòu)FPGA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程由三個(gè)階段組成：1) 設(shè)計(jì)階段： 需要經(jīng)過邏輯設(shè)計(jì)、器件綜合、器件布局布線等步驟，并在不同層次進(jìn)行仿真驗(yàn)證，保證設(shè)計(jì)的J下確性，為了盡可能減小重構(gòu)件的數(shù)據(jù)量，在邏輯設(shè)計(jì)和器件布局布線過程中，要采用一些特殊的設(shè)計(jì)方法，并需要更為詳盡的考慮和控制。2) 編譯階段： 動(dòng)態(tài)重構(gòu)FPGA系統(tǒng)預(yù)先生成多個(gè)重構(gòu)件，構(gòu)成一個(gè)重構(gòu)件數(shù)據(jù)庫(kù)，生成重構(gòu)狀態(tài)圖，對(duì)各重構(gòu)件的載入順序進(jìn)行定義，重構(gòu)狀態(tài)圖中的節(jié)點(diǎn)代表目前系統(tǒng)FPGA所處的配件狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)間的有向邊則代表重構(gòu)件的下載操作。3) 運(yùn)行階段： 主要是對(duì)動(dòng)態(tài)重構(gòu)系統(tǒng)的重構(gòu)操作進(jìn)行管理與監(jiān)控，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和重構(gòu)狀態(tài)圖，進(jìn)行重構(gòu)件的調(diào)用和下載操作，實(shí)現(xiàn)FPGA器件功能的動(dòng)態(tài)重構(gòu)。因?yàn)镕PGA動(dòng)態(tài)可重構(gòu)在實(shí)現(xiàn)小型化、集成化和高可靠的同時(shí)，減少了風(fēng)險(xiǎn)，降低了成本，縮短了周期，提高了硬件的利用率，能在廣泛的應(yīng)用項(xiàng)目中發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，具有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。所以FPGA動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)已引起研究領(lǐng)域和應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛關(guān)注和興趣。3.2 基于模塊的局部動(dòng)態(tài)可重構(gòu)設(shè)計(jì)流程概述 基于模塊的部分可重構(gòu)設(shè)計(jì)允許設(shè)計(jì)者獨(dú)立綜合每個(gè)模塊，全部綜合完畢后有模塊一起編譯，這種并行方法即節(jié)省時(shí)間又允許每個(gè)模塊獨(dú)立終止運(yùn)于模塊的部分可重構(gòu)設(shè)計(jì)還需要設(shè)計(jì)者確保模塊分區(qū)正確，并且在最終編夠一起正常工作。這種模塊設(shè)計(jì)最好用做可以分區(qū)成自我控制模塊的大型分區(qū)后的模塊數(shù)量越少越好。圖31基于模塊的部分可重構(gòu)流程基于模塊的部分可重構(gòu)流程如圖31所示，該設(shè)計(jì)流程主要包括兩個(gè)階段：u 第一階段：模塊設(shè)計(jì)入口（模塊頂層設(shè)計(jì)）和模塊設(shè)計(jì)綜合。u 第二階段：模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)（初始預(yù)算、模塊實(shí)現(xiàn)和最終編譯）。這兩個(gè)階段設(shè)計(jì)，可以產(chǎn)生整個(gè)電路功能和動(dòng)態(tài)可重構(gòu)部分的下載文件，該文件下載到實(shí)驗(yàn)板Virtex2中，并通過內(nèi)部控制器對(duì)內(nèi)部時(shí)合理控制，就可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)，并且能夠通過實(shí)驗(yàn)板觀察相關(guān)結(jié)果。3.2.1 模塊設(shè)計(jì)入口和綜合在這一階段，要用硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)電路功能并綜合，要同時(shí)做頂層設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)。u 頂層設(shè)計(jì)：在進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)執(zhí)行階段之前，設(shè)計(jì)者要首先完成頂層設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)入口和綜合。u 模塊設(shè)計(jì)：在激活模塊執(zhí)行階段之前。設(shè)計(jì)者要先完成該模塊的設(shè)計(jì)入口和綜合工作，各個(gè)模塊的綜合可以并行進(jìn)行。 設(shè)計(jì)者使用HDL語(yǔ)言創(chuàng)建一個(gè)頂層設(shè)計(jì)文件并對(duì)其綜合。頂層設(shè)計(jì)包括所有全局邏輯，I/O和所有的模塊。這些模塊被例示為“黑匣”結(jié)構(gòu)，只有端口、指向、連接模塊的信號(hào)和IO端口。這步是在模塊設(shè)計(jì)運(yùn)行之前所必需的。設(shè)計(jì)者要使用HDL語(yǔ)言創(chuàng)建每個(gè)獨(dú)立的模塊設(shè)計(jì)并練合這些設(shè)計(jì)，但是這一步不一定必須在模塊設(shè)計(jì)運(yùn)行之前?？梢栽谠O(shè)計(jì)模塊的同時(shí)進(jìn)行初始是要開始激活模塊運(yùn)行之時(shí)，一定要將獨(dú)立模塊設(shè)計(jì)綜合完畢?？梢允褂梦淖州斎牍ぞ哌M(jìn)行Vedlog或者VHDL語(yǔ)吉的功能編寫。為了綜合計(jì)，可以使用Xilinx的工具或者Xilinx支持的第三方工具。比如用Xilin