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构造可重构系统内核服务加速器
http://tech.QQ.com  2009年04月24日16:01   腾讯科技    我要评论(0)

构造可重构系统内核服务加速器

构造可重构系统内核服务加速器

腾讯科技讯 第60届Intel ISEF英特尔国际科学与工程大奖赛将于2009年5月10日到15日在美国内华达州雷诺市举行。自2000年开始,中国科学技术协会在英特尔(中国)有限公司的赞助下,组织中国学生参加一年一度在美国举行的英特尔国际科学与工程大奖赛(Intel ISEF)总决赛。在过去的 9 年里,共计208名中国大陆学生参与了137个项目的竞赛并赢得了 142个奖项,其中包括 2004 年获得的一项Intel ISEF顶级奖项 “英特尔基金会青少年科学精英奖”。在2008年的大赛上,来自北京,上海,广东,福建,四川,吉林,辽宁,云南,天津和山西的23名少年英才,带着17个项目参与角逐,最终取得了14个奖项,包括一个工程学科的特等奖和一等奖。英特尔于2007、2008年两次邀请了中国教育部代表团观摩Intel ISEF,并参加教育家论坛,与全球教育家共同探讨科学教育和青少年创新人才培养的问题。 以下是往届中国获奖参赛项目介绍:

构造软硬件啮合及支持真正多线程并行处理平台的可重构系统内核服务加速器

上海市控江中学 上海科协-Intel英才俱乐部 张逸中

摘要:

 提出一种新的方法实现多线程任务切换加速,即提出获得系统高实时性及控制系统,成本的新方法。在这个新方法上产生了新技术名为Hyper Scheduling(HS).通过在通用处理器中集成新的特殊加速单元,利用由Kernel-Service-Accelerator(KSA)核心控制在处理器的各个流水线上的特殊寄生逻辑来实现流水线与数据通路的行为,从而达到快速进程切换,并非集成协处理器的原始方法来实现加速。首先将原本软件算法的实时操作系统进程切换变为特定的具有硬件算法逻辑电路。引入系统权力倒置(S.P.I.)概念,提出改进现有通用处理器的设计并将此加速器作为处理器的寄生扩展电路啮合的方法。

 设计了KSA核心与寄生逻辑的具体架构,并进行了可重用的IP-core与测试处理其模型进行混合设计与测试。它能为各个任务配置相应的运算处理单元、存储单元或逻辑功能电路,实现真正多线程并行加速处理,无须处理器的干预。这项研究的独特之处在于针对通用系统并非特殊专用系统,并且Hyper Scheduling(HS)技术支持操作系统得优先级调度与时间片轮番调度(Round-robin,RR),在针对软件上的操作系统中无须进行任何修改及改进。最后在FPGA上进行了体系的测试与验证。最终集成此项技术的处理器处理任务切换的速度到达了11.306ns与软件实时操作系统的响应时间快了整整有636~3869倍,为微处理器节省了7.1us~28us,效率提高了58.6%~98.6%,既使用HS技术的处理器在针对多任务实时切换上能够提高%1~%15的工作效率。

Construct a Kernel-Service-Accelerator with SW&HW Meshing and Reality Multi-Threading Parallel Processing for FPGA-based Reconfigurable Systems

Abstract:

 Operation Systems for Run-Time Reconfigurable Systems (OS4RS) have become a new field of research in computer science. However, current OS4RS is not perfect and high-performance process cannot be realized just though optimizing the software algorithm when hardware structures are under the condition of dynamical change on a SoC (System-on-a-Chip).

     In view of this problem, a key concept of System-Patience-Inversion (S.P.I.) is introduced. Thus, a novel architecture about Real-Time kernel of OS4RS is proposed. In the paper, the purpose of the author is to put a part of kernel service (Tasks-Switching, Run-Time Partial Reconfiguration (RTR), etc.) at the bottom layer of the computer architecture to control the hardware directly independent of the uP. Thus, a Kernel-Service-Accelerator (KSA) is developed. The accelerator (SW-independent HW) does not need complex Micro-Processor (Up) to manage SW&HW. Thus it makes possible to obtain more available hardware resources. It is aimed at realizing kernel service speed-up and improving the efficiency of SW&HW Co-Work in one Field-Programmable-Gate-Array (FPGA) inside.

     The RTL code of the KSA is written to generate the reusable IP-core. This KSA for OS4RS is able to allow a task switch between SW and HW by a new mode of static priority-driven preemptive scheduling, and to configure corresponding Processing Unit, Memory Unit or Logic Function Unit for various tasks. Multi-Threading speed-up process with parallel process mode in FPGA-based Reconfigurable environments is achieved.

ISEF2005, AZ,

[责任编辑:brookli]

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