可重构系统平台及IP的设计与实现

论文摘要

可重构计算是介于通用处理器和ASIC之间的全新计算解决方案,在计算机视觉、移动设备以及软件无线电等领域有广阔的应用前景。在可重构系统中,硬件模块可以像软件程序一样被动态调用或修改,兼具硬件实现的性能和软件实现的灵活性。模块化设计方法为可重构系统的设计提供了一种解决办法,而通用的硬件模块接口的引入为IP设计人员提供了一致的硬件任务接口。文本以FPGA为基础,对基于模块的动态部分可重构系统展开了研究,并主要完成以下工作:首先,介绍可重构系统发展现状、基本分类及重构方式,重点介绍基于模块的可重构系统设计流程。第二,以具备动态可重构能力的Xilinx Virtex-ⅡPro FPGA为基础,介绍了实现动态可重构系统中几个关键的组件以及AES动态可重构系统的开发环境。第三,对现有的几种动态可重构系统的设计方法进行总结分类,总结归纳各自的适用范围。第四,在配置了Xilinx Virtex-ⅡPro FPGA的XUP大学板上,以AES加密解密实验为基础,对硬件任务接口进行研究,实现了一个相对通用的接口模块,并实现一个能够管理并配置重构区域的动态重构演示实验。第五,根据AES的实验数据以及对动态重构系统的具体要求,以Virtex-4系列FPGA为基础,设计了一套可重构系统硬件平台。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 可重构技术的发展与研究现状
• 1.3 本文的主要内容及文章结构
• 第二章 可重构系统简介
• 2.1 可重构FPGA简介
• 2.1.1 FPGA内部结构
• 2.1.2 FPGA配置模式
• 2.1.3 配置数据结构
• 2.1.4 FPGA配置流程
• 2.2 总线宏
• 2.3 自配置模块
• 2.4 XUP大学板
• 2.5 本章小结
• 第三章 可重构系统的设计流程
• 3.1 一般FPGA设计方法
• 3.2 模块化设计方法
• 3.1.1 功能设计
• 3.1.2 资源预估
• 3.1.3 模块实现
• 3.1.4 模块集成
• 3.1.5 工具简介
• 3.3 差异化设计方法
• 3.4 Early Access设计方法
• 3.5 本章小结
• 第四章 动态重构系统接口设计
• 4.1 动态重构系统结构
• 4.2 OPB总线信号的分析
• 4.3 AES加密解密实验
• 4.3.1 AES简介
• 4.3.2 接口设计
• 4.3.3 用户逻辑设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 可重构系统平台设计
• 5.1 可重构操作系统对硬件平台的要求
• 5.2 系统平台芯片选择
• 5.2.1 FPGA
• 5.2.2 存储器
• 5.2.3 配制控制器
• 5.3 可重构硬件平台设计
• 5.3.1 硬件平台配置方式
• 5.3.2 硬件平台体系结构
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢