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可重构计算技术将渐入民用范畴

可重构计算(Reconfigurable Computing) 技术是指在软件的控制下,利用系统中的可重用资源(如FPGA等可重构逻辑器件),根据应用的需要重新构造一个新的计算平台,达到接近专用硬件

    可重构核算(Reconfigurable Computing) 技能是指在软件的操控下,运用体系中的可重用资源(如FPGA等可重构逻辑器材),依据运用的需求从头结构一个新的核算渠道,到达挨近专用硬件规划的高功用。它防止了微处理器核算形式因为取指、译码等进程导致的功用丢失,一起也消除了专用集成电路(ASIC)核算形式因为前期规划制作的杂乱进程带来的高价值和不行重用等缺点。
 
    从某种意义上来说,可重构核算技能并不是什么新技能,在上世纪五六十年代就有科学家提出了这一概念并开端研讨,但因为遭到硬件等诸多方面条件的约束,直到上个世纪九十年代中期,可重构核算技能逐渐成形并成为研讨热门。


已在航天与军事范畴得到广泛运用


    澳大利亚科学卫星FedSat号(2002年12月发射升空)首要将可重构核算技能运用于航天范畴。这颗卫星中选用的可重构器材(Xilinx公司的FPGA)是卫星高功用核算有用负载的要害器材。可重构核算技能的选用使卫星无须返回地面即可改动内部电子线路,然后节约了很多的研制时刻与本钱。据报道,2003年时这颗卫星的一个方向传感器呈现了由振荡导致的反常,科学家们经过发送代码补丁的办法便完成了传感器操控算法的更新,使FedSat号得以正常运转。 此外,NASA 的“勇气”号和“时机”号火星车上也运用了很多可重构逻辑器材。


    在军事范畴,可重构核算技能的运用要更早一些。美国在50年代末就开端了可重构核算在导弹防护(BMD)中的运用研讨并一向连续至今。而美军空军的“宝石柱”(Pave Pillar)计划使航空电子归纳体系具有较好的重构才能,并已成功地运用在F-22军用飞机上。可重构核算技能的运用使航空电子归纳体系的自动容错才能增强,大大进步了飞机的牢靠性。


进军民用范畴


    与其他许多优异的技能相同,可重构核算技能的运用也将逐渐由军事、航天等范畴向民用范畴过渡。这是由其本身优势和半导体技能的不断开展所决议的。


    可重构核算技能在民用范畴的优势首要体现在三个方面。榜首,可使规划者用更为简略的硬件来完成更多的功用。因为一切逻辑不需求一起呈现在FPGA内,因而,支撑额定特性所需的本钱下降到寄存装备文件所需内存的本钱。第二,可下降体系的本钱——关于出产量较小的运用而言,可节约ASIC规划与制作所带来的本钱,而关于大批量出产的产品而言,可重构核算技能的选用使产品可现场晋级,延长了产品的生命周期,因而而节约的本钱更为可观。另一方面,FPGA可经过重构多个软核在单片上完成多个指令集的处理器。依据现场核算使命的区分,实时完成不同的处理器功用,到达一次芯片规划,多个功用完成,然后大幅度下降芯片规划和制作的NRE(Non-Recurring Expenses ,一次性工程费用)本钱。第三,可缩短产品周期——因为不再运用ASIC,可节约很多的芯片规划和验证所需的时刻,此外,可重构特性添加了规划的灵敏性,规划者在规划之初无需将一切功用参加产品中,新的功用可在产品上市后逐渐添加。关于那些根据网络的产品(如机顶盒,移动电话等)来说,晋级的进程乃至无需用户参加。[2]


    别的,FPGA的敏捷开展为可重构核算技能的开展供给了必要的硬件支撑。作为完成可重构核算技能的要害器材,FPGA在曩昔很长一段时刻内存在核算密度低、装备时刻长、封装杂乱、高密度芯片的静态功耗和尺度大等问题。在功用上不及ASIC,通用性不如处理器。因而,FPGA的运用在多媒体、通讯等嵌入式运用场合以及硬件体系的原型规划中。现在,FPGA现已跨入65nm年代,并能嵌入处理器软核、乘法器以及很多的片上存储器,I/O管脚数也得到很大程度的添加。功用和通用性的不断进步与价格和功耗的不断下降,将使FPGA能满意可重构体系对硬件的要求。


    在民用电子范畴中,轿车电子以其特别性给了可重构核算技能更多的体现时机,因而,轿车电子很有或许成为可重构核算技能进入民用范畴的突破口。
    首要,满意了对轿车电子产品对牢靠性的要求。因为轿车作业在极为杂乱的复合式作业环境下,因而关于轿车电子产品的牢靠性要求较一般电子产品更为严厉。与现在可重构技能在航空范畴的运用类似,选用可重构核算技能有助于进步车辆的自动容错才能,使车辆愈加安全牢靠——一方面,当可重构逻辑器材上呈现过错,可将可重构逻辑器材上的一部分装备为测验形式发生器,对器材上的毛病区域做测验,一起还可以运用器材上的其他资源对测验成果进行剖析,得到详细的过错信息。另一方面,可重构逻辑器材具有很多的可重构资源,一旦将过错定位后,可以对可重构逻辑器材从头装备,避开发生过错的芯片区域,运用其周边的其他可重构资源组合代替原本在犯错区域上完成的功用。这种修正计划也被称作“可进化硬件”(Evolvable Hardware,EHW)修正计划。


    其次,可重构核算技能可以经过动态改动器材装备来灵敏满意多种功用需求。例如,同一款车型中或许分有规范型、豪华型等,运用可重构器材使规划者无需规划多个原型体系,只需用不同的装备文件对可重构器材进行装备,即可使产品在不同车型上的功用有所区别。别的,因为轿车电子范畴内LIN、CAN、MOST以及FlexRay多种规范共存,运用可重构逻辑器材作为各种规范间的桥接逻辑,可防止这些总线规范间的抵触。[6]


    除了上述两点之外,与可重构核算技能在其他范畴的运用类似,它在轿车电子范畴的运用还可进步产品功用、加快产品开发速度并下降产品本钱。因为该技能在轿车范畴的优势清楚明了,现在现已招引到了越来越多业界厂商的重视。


    虽然在许多方面需要完善,但毫无疑问,可重构核算技能具有光亮的远景,而这种技能本身的特性决议了它绝不仅仅只适用于特别范畴。信任在不久的将来,可重构核算技能将跟着科技的不断开展走入民用范畴,为咱们带来更多的便当。


参考文献:


[1] 鲍哓宇 施克仁. 可重构信息处理
http://www.wanfangdata.com.cn/qikan/periodical.Articles/jsjzdclykz/jsjz2000/0001/000101.htm.
[2] Michael Barr . A Reconfigurable Primer. 
http://www.netrino.com/Articles/RCPrimer.
[3] Jeff Child . FPGAs Pave Road to Reconfigurable Computing.
http://www.cotsjournalonline.com/home/article.php?id=100043.
[4] 安虹. 超级核算背面的英豪.
http://www2.ccw.com.cn/07/0704/b/0704b05_3.html.
[5] Katherine Compton. Reconfigurable Computing : A Survey of Systems and Software.
[6] 王涛 王峰.可重构核算技能在轿车电子范畴的运用讨论.电子工程专辑
 

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