基于国产多核处理器的可重构计算机设计（一）

　　摘要：为了解决基于并行总线结构的抗恶劣环境计算机通用性差的问题，提出了一种基于国产多核处理器的可重构计算机的设计方法，该方法包括了基于国产多核处理器的可重构计算机的主要设计思路和实现过程；在该方法中通过采用国产多核处理器提高了计算机性能，采用FPGA实现可重构设计，通过可重构设计在硬件完成生产后可以对计算机的功能重新构建，提高了计算机的通用性；目前，该方法应经投入应用，在应用过程中取得了良好的效果。

　　0 引言

　　当前国际先进抗恶劣环境计算机相关产品的具有一个显着特征，即采用由超大规模FPGA实现的可定制技术，利用FPGA器件中专门设计的硬件乘法器、乘加结构、DSP块等硬件资源和通用的逻辑单元作为运算的硬件基础，以任务的流水划分和阶段处理为手段，实现CPU、DSP的计算技术的重要补充功能。国外此类超大规模FPGA以Altera Stratix-x系列、Xilinx Virtex-x系列为主，相关产品中大都为Xilinx Virtexx系列FPGA,如GE Fanuc的SBC330、SBC610和Curtiss-Wright的VPX6-185等硬件模块均采用了Xilinx Virtex-x系列FPGA,目前各家公司正在推出集成更多数量和更大规模的异构技术产品，如Curtiss-Wright的CHAMP-FX2使用了双路超大规模Virtex-5以实现功能高可伸缩的定制技术。

　　在国内，抗恶劣环境计算机产品主要以通用计算机为主，一般采用CompactPCI、VME等总线，使用1个单核或双核CPU,系统性能较低。这些计算机通用性不强、种类多、开发成本高、可重用性弱、质量保证难度大、资源利用率不高。而且这些计算机一般是使用国外的集成电路设计实现，其关键的功能部分仍然无法实现自主可控。

　　随着我国在国产基础软硬件方面的投入不断加大以及国家政策的指导，国产基础软硬件发展迅速，已接近国外同期水平。国内处理器技术的研究正不断深入，多核技术也已被纳入相应的发展路线图。中国科学院计算技术研究所于2009年底推出龙芯3号处理器，龙芯3号片内集成4个处理器核，处理器主频1GHz以上。当前，国内基于FPGA的应用已相当成熟，尽管目前的抗恶劣环境计算机没有采用可定制技术，但几乎都集成了Altera或Xilinx FPGA的应用，如功能扩展模块、总线接口模块等，国内相关厂商已掌握时序逻辑定制技术、IP核的简单复用和实现技术等FPGA 应用的关键技术，已具备较深厚的可定制实现技术基础。

　　1 计算机组成原理

　　基于国产多核处理器的可重构计算机各个主要的组成功能模块之间采用高性能串行总线互连，如国产处理器与北桥芯片之间、北桥芯片与可定制单元之间、北桥芯片与南桥芯片之间均采用高速串行总线互连。可定制单元采用可编程逻辑实现，处理器和具备硬件可编程能力的可重构逻辑器件（以下简称可重构器件）相结合，应用的一部分被分配到处理器上执行，另一部分则被映射到可重构器件上执行。微处理器上执行的为软件任务，可重构器件上运行的硬件功能模块可称为硬件任务。

　　根据可定制单元配置文件中的编程信息，改变可定制单元中逻辑单元的功能以及连线的互连方式，从而改变计算机的功能，使其既能在设计实现时定制专用的计算部件，又能够对计算资源进行复用以实现多个不同的计算任务。

相关文章：

基于国产多核处理器的可重构计算机设计（二）