VoL.23 No.4 王昭顺等：可重构计算机体系结构 ●387· (1)可重构阵列元素的构造.确定可重构阵 系统的具体应用来确定其组合方式，以便确定 列元素的功能以及其功能实现方法 构造单元之间的连接与控制 (2)可重构阵列元素的物理连接.由于可重 确定了可重构计算机系统的应用需求之 构阵列需要适应不同的计算需求，理想的物理 后，设计师面临的第3问题是构造单元之间的 连接方式是全连通. 连接与控制.虽然根据具体的应用来确定连接 (3)可重构阵列元素RE(Reconfigurable El- 关系，减少了部分连线，但从芯片实现的角度， ement)的连接控制.不同的计算需求需要不同 可重构阵列内部的连线依然太多，增加芯片布 的连接方式，如何控制可重构阵列元素的连接 局布线的复杂度.一种解决方案是可重构阵列 方式，使应用灵活方便 内部的连接采用总线连接方式，如图4所示. RE RE RE RE RE RE RE 分8 RE RE RE RE 图2可重构阵列结构 RE RE RE Fig.2 Reconfigurable Arrag structure 图4可重构阵列的总线结构 3 可重构计算机系统设计中存在的 Fig.4 Bus structure of reconfigurable arrag 问题与解决方案 我们在设计一个可重构密码芯片RCCU (ReConfigurable Cryptogram Unit)时，采用了这 在可重构计算机系统设计过程中，设计师 种方法，RCCU的结构如图5所示 首先面临的问题是可重构阵列元素的构造.基 RCU为可重构单元，RF为寄存器堆.RCCU 本的构造元素有操作单元和存储单元两类，如 芯片可以完成4种不同密码算法的加/解密.可 图3所示 重构阵列的控制一般采用配置文件的方法，即 (a) (b) 提取可重构阵列的控制节点，用控制存储单元 MUX 中的编码控制他们.对于一个计算算法，所有控 MUX 制节点所需的编码写在一个配置文件中，用一 段程序将配置文件中的数据写入控制存储单 LOG LAT 元，由控制存储单元控制算法的执行.对于大规 模可重构阵列，配置文件较大，可重构阵列的重 图3可重构阵列元素构造单元，()操作单元，(b)存储 构时间将较长，设计师另一种可选的方案是采 单元 Fig.3 Construction unit of reconfigurable arrag element 用部分重构的思想.通过运行时的部分重构，使 重构阵列的硬件资源成为一种可以动态再分配 操作单元完成可重构阵列元素的功能，这 的计算资源，有效提高系统的资源利用率，减少 些构造元素的不同组合可以完成不同的应用需 了重构时间，所需的数据量比全部重构少 求；存储单元完成对操作单元结果的存储. 设计师面临的第2问题是面向何种应用需 1/60-1/3.Brigham Young大学研制的DISC(Dy- 求.当构造单元很多时，他们的组合方式成千上 namic Instruction Set Computer)是部分重构的一 个典型范例 万（组合爆炸问题），因此应根据可重构计算机王昭顺等 可 重构计算机 体系结构 可重构阵列元素的构造 确定可重构 阵 列元泰的功能以及其功 能实现方法 可重构 阵列元素的物理连接 由于可重 构阵列需要适应不 同的计算需求 ， 理想 的物理 连接方式是全连通 可 重构 阵列元素 叮 的连接控制 不 同的计算需求需要不 同 的连接方式 ， 如何控制可重构阵列元素的连接 方式 ， 使应用灵活方便 系统 的具体应用来确定其组合方式 ， 以便确定 构造单元之间的连接与控制 确 定 了 可 重 构 计算机 系统 的应 用 需 求 之 后 ， 设计师面临 的第 问题是构造单元之间的 连接与控制 虽 然根据具体的应用来确定连 接 关系 ， 减少 了部分连线 ， 但从芯片实现 的角度 ， 可 重构阵列 内部 的连线依然太多 ， 增加 芯片布 局布线 的复杂度 一种解决方案是可重构阵列 内部 白侧座接采用 总线连接方式 ， 如 图 所示 一画 萦 萦 兮 单去 一二 吸 ‘ 一土 丁一 丁一… 晋士 图 可重构 阵列 结构 · 吨 加 向令 向今 向备 向令 自 向 可重构计算机系统设计中存在的 问题与解决方案 在可重构计算机系统设计过程 中 ， 设计师 首先面临的问题是可重构 阵列元素 的构造 ， 基 本 的构造元素有操作单元和存储单元两类 ， 如 图 所示 图 可兹构 阵列 的 总 线结构 加 画 选幽 圈 可，中构 阵列元素构造单元 中， 操作单元 ， 助存储 单元 她 操作单元完成可重构阵列元素的功能 ， 这 些构造元素的不 同组合可 以完成不 同的应用需 求 存储单元完成对操作单元结果 的存储 设计师面临 的第 问题是 面 向何种应用需 求 当构造单元很多时 ， 他们的组合方式成千上 万 组合爆炸问题 ， 因此应根据可重构计算机 我 们 在 设 计一 个 可 重 构 密码 芯 片 叮 时 ， 采用 了这 种方法 ， 的结构如 图 所示 为可重构单元 ， 为寄存器堆 芯 片可 以完成 种不 同密码算法 的加 解密 可 重构 阵列 的控制一般采用 配置文件 的方法 ， 即 提取可重构 阵列 的控制节点 ， 用 控制存储单元 中的编码控制他们 对于一个计算算法 ， 所有控 制节点所需 的 编码写在一个配置文件 中 ， 用一 段程 序将 配 置文 件 中 的 数据 写 人控 制存储单 元 ， 由控制存储单元控制算法 的执行 对于大规 模可重构阵列 ， 配置文件较大 ， 可重构阵列的重 构 时 间将较长 ， 设计师另一种 可选 的方案是采 用部分重构的思想 通过运行时 的部分重构 ， 使 重构阵列 的硬件资源成为一种 可 以动态再分配 的计算资源 ， 有效提高系统 的资源利用率 ， 减少 了 重 构 时 间 ， 所 需 的 数 据 量 比 全 部 重 构 少 一 大学研制 的 是部分重构 的一 个典型范例