《電子技術(shù)應(yīng)用》
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局部动态可重构FPGA进程式调度系统设计与实现
电子技术应用 2023年3期
钱宏文1,张飞1,吴翼虎1,杨旭2,方海2,陈显舟2
(1.中国电子科技集团公司第五十八研究所,江苏 无锡 214072;2.中国空间技术研究院西安分院,陕西 西安 710100)
摘要: 针对6G时代多样的边缘计算要求,基于FPGA上的可重构技术可以实现更低的时延同时提供多样性的服务。基于局部动态重配置的思路,使用ICAP接口对FPGA资源进行重新配置,从而实现FPGA逻辑上的局部动态可重构方案。借鉴操作系统中软件进程管理的思想,基于Linux操作系统中引入硬件进程的概念,这样可以将一整块FPGA资源划分为多个小的FPGA资源块,每一个小的可重构的FPGA资源块都可以抽象成为一个硬件进程,硬件进程实际并不运行在CPU上而是运行在FPGA逻辑资源区域中,在操作系统上只是硬件进程的软件语言描述。由此,设计出CPU加FPGA的硬件方案来实现局部可重构系统,并在Xilinx公司Zynq系列芯片上进行了验证,将FPGA硬件资源进行进程式调度以及资源分配,大大提高了FPGA硬件资源的利用率以及灵活性。
關(guān)鍵詞: FPGA 动态重构 局部重构 Zynq ICAP
中圖分類號:TN402 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.222818
中文引用格式: 錢宏文,張飛,吳翼虎,等. 局部動態(tài)可重構(gòu)FPGA進(jìn)程式調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用,2023,49(3):114-117.
英文引用格式: Qian Hongwen,Zhang Fei,Wu Yihu,et al. Design and implementation of partial dynamically reconfigurable FPGA process scheduling[J]. Application of Electronic Technique,2023,49(3):114-117.
Design and implementation of partial dynamically reconfigurable FPGA process scheduling
Qian Hongwen1,Zhang Fei1,Wu Yihu1,Yang Xu2,Fang Hai2,Chen Xianzhou2
(1.China Electronics Technology Group Corporation No.58 Research Institute,Wuxi 214072,China; 2.Xi 'an Institute of Space Radio Technology, Xi'an 710100, China)
Abstract: In view of the diverse edge computing requirements of the 6G era, reconfigurable technology based on FPGAs can achieve lower latency and provide diversified services. Based on the idea of local dynamic reconfiguration, the ICAP interface is used to reconfigure FPGA resources, so as to realize the local dynamic reconfigurable scheme on the FPGA logic. Drawing on the idea of software process management in the operating system, based on the concept of introducing hardware processes in the Linux operating system, it is possible to divide a whole block of FPGA resources into multiple small FPGA resource blocks, each small reconfigurable FPGA resource block can be abstracted into a hardware process, the hardware process is actually not running on the CPU but running in the FPGA logical resource area, and is only a software language description of the hardware process on the operating system. As a result, the hardware scheme of CPU plus FPGA is designed to achieve partial reconfigurable system, and verified on Xilinx Zynq series chips, and the FPGA hardware resources are scheduled and allocated in a process manner, which greatly improves the utilization and flexibility of FPGA hardware resources.
Key words : FPGA;dynamic reconfigurable;partial reconfigurable;Zynq;ICAP;Linux

0 引言

未來6G[1]通信將實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián),衛(wèi)星、無人機(jī)、各式基站以及各類終端將形成混合異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)[2]。隨著網(wǎng)絡(luò)中感知、通信等功能的性能不斷提高,通過各類節(jié)點(diǎn)獲取的數(shù)據(jù)不斷地增長,對數(shù)據(jù)的實(shí)時處理成為未來網(wǎng)絡(luò)中的技術(shù)挑戰(zhàn)之一。邊緣計(jì)算技術(shù)可解決低時延業(yè)務(wù)的處理要求,是6G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。在眾多類型的處理芯片中,FPGA 可提供高性能的計(jì)算能力,以及確定的和更低的延遲,F(xiàn)PGA在目前的電子系統(tǒng)中更多的是以接口邏輯或者協(xié)處理器的形式存在的,系統(tǒng)工作后由于程序固化,實(shí)現(xiàn)功能大多局限于粘合邏輯,存在使用率低、靈活性差等問題。而在邊緣計(jì)算中,F(xiàn)PGA需要適應(yīng)加速卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、動態(tài)加解密、視頻編解碼等應(yīng)用,承擔(dān)越來越多的計(jì)算任務(wù),需要基于上層系統(tǒng)的角度實(shí)現(xiàn)對FPGA應(yīng)用實(shí)現(xiàn)動態(tài)加載和調(diào)度。通過對動態(tài)可重構(gòu)技術(shù)[3]的研究,令FPGA的硬件屬性發(fā)生改變,成為與CPU/DSP類似可調(diào)度的計(jì)算資源,硬件程序服從軟件程序的調(diào)度,轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)有以軟件應(yīng)用為核心的開發(fā)模式,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所有軟硬件資源均能進(jìn)行靈活調(diào)度,滿足不斷發(fā)展的邊緣計(jì)算要求。



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作者信息:

錢宏文1,張飛1,吳翼虎1,楊旭2,方海2,陳顯舟2

(1.中國電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所,江蘇 無錫 214072;2.中國空間技術(shù)研究院西安分院,陜西 西安 710100)


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