《面向多核系统的可重构计算研究》以集成可重构器件的多核系统为基础，提出面向多核系统的可重构计算框架，并以此为支撑开展相关的研究，给出对应的设计与验证分析。面向多核系统的可重构计算，从可重构器件片上面积管理与配置优化、可重构器件支持的软硬件线程、可重构多核处理器体系结构、多核架构上可重构任务的系统支持、约束驱动的可重构加速核性能资源优化、面向片上网络的扩展等方面进行了研究与探索。多核系统中所集成的可重构计算研究，通过可重构配置来实现计算任务的灵活处理，并通过配置出的硬件来完成特定的计算任务，提高片上可重构资源的利用效率，改善软硬件资源的利用方式，扩展了可重构多核处理器结构设计方法，改进了可重构任务的动态管理效率，实现了性能和可重构资源的平衡，探索了片上网络多核系统中的资源利用，充分发挥了可重构器件的灵活性和计算能力，从而提高多核系统的整体性能。
　　《面向多核系统的可重构计算研究》可供从事计算机系统结构、可重构计算和多核计算研究的科研人员、教师、工程师参考。

　　半导体技术的进步和应用对计算能力的需求，持续推动着计算机体系结构的发展。当前主流的多核处理器仍然是为通用计算任务设计，尽管单芯片上所集成的通用处理器核数量不断增加，仍然难以满足计算密集型的高性能计算需求。将定制的ASIC加速核集成到多核处理器上是解决某些特定应用需求的方法，能够满足部分应用所需的计算能力。但是由于ASIC加速核只能对特定应用进行加速，缺少足够的灵活性。而可重构器件具有定制化和可重配置的双重优势，既可以获得高于通用处理器核的计算性能，又可以通过重配置来获得灵活性，同时可重构器件在动态局部重构、多配置上下文结构等方面的发展也为其带来更高的扩展性和实用性。
　　具有可重构器件的处理器由通用处理器核与可重构器件共同构成。由于可重构器件所带来的灵活性和面向应用的高性能，目前对可重构计算，已经以“单核十可重构器件”的方式开展研究。当片上集成了多个处理器核时，可重构处理器的体系结构远较单核复杂，因此，以传统单核可重构处理器的可重构计算研究已经不能满足多核系统的要求。多核可重构系统中，多个通用处理器核与可重构器件之间的通信和交互方式与单核结构具有较大的区别。要对请求进行高效的影响，能够高效地完成计算任务，提高可重构资源的管理效率，就需要对多核可重构系统进行探索。此外，在多核以片上网络形式存在，还需要进一步探索以片上网络支持的体系结构中计算效率与可重构的设计。因此，本书以多核可重构体系结构的发展趋势为基础，研究如何在现有多核处理器体系中扩展集成可重构处理单元、在该扩展结构上可重构处理单元的运行时支持和可重构任务管理调度，以及多可重构功能核实现间面积和性能平衡的优化选取。本书主要从以下6个方面进行了研究。
　　（1）提出了可重构器件片上面积管理与配置优化方法，建立了器件模型和任务模型，通过顶点的插入与删除来进行片上面积的管理，以较低的代价来实现硬件任务的快速面积分配与回收，提高可重构器件的利用效率。通过将配置过程流水化，来提高配置效率，从而提高系统性能。
　　（2）提出了面向可重构器件的软硬件混合线程模型，将可分配到可重构器件执行的计算任务构建为硬件线程，通过库来进行硬件线程的创建与管理，通过硬件调度器来实现硬件线程的调度，从而能够更为高效地利用可重构器件，并实现软件系统与可重构器件的协同。
　　（3）建立了可重构多核处理器结构模型，通过分析可重构处理单元执行效率的影响因素，得到可重构多核处理器结构的设计原则，并在此指导下设计了一种可重构多核处理器结构，包括通用处理核的扩展、互连结构设计、可重构处理单元设计以及可重构处理单元管理器设计。
　　（4）提出了执行与配置分离的处理模式，在提高可重构功能核的执行效率的同时避免过度频繁的管理调度，降低系统开销；并且在考虑可重构资源的单位面积利用效率的情况下，提出了3种可重构任务动态调度算法。
　　（5）针对相同功能的可重构功能核存在多种实现的情况，提出了系统性能约束驱动的功能核实现优化选取方法，目的是达到性能和可重构资源的平衡，充分发挥功能核性能并避免资源浪费。
　　（6）针对片上网络多核系统开展了扩展研究。提出了局部总线混合片上网络结构、片上网络中可重配置的连线结构以及面向低功耗的片上网络多线程映射算法，目的是通过对片上网络体系结构和线程映射的研究，探索在众核环境下计算性能和网络性能的改善和提升。
　　本书所开展的面向多核的可重构计算研究，以“多个通用核十可重构器件”为基本的体系结构，通过可重构器件的片上面积管理和配置优化、基于可重构的硬件线程、可重构多核处理器体系结构、可重构多核系统中的可重构任务系统支持、约束驱动的可重构加速核性能资源优化、基于片上网络的扩展等方面，对多核架构上的可重构计算进行了研究，给出了相应的解决方案，提升了多核可重构计算系统的性能，有效推动了可重构器件在多核处理器上的进一步研究和应用。
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第1章 绪论
1．1 处理器体系结构的发展
1．2 可重构计算发展
1．3 可重构计算的优势
1．4 面向多核系统的可重构计算的研究意义


第2章 多核体系结构与可重构计算进展
2．1 多核体系结构研究进展
2．1．1 片上多处理器体系结构
2．1．2 片上互连结构
2．2 可重构硬件研究进展
2．2．1 可重构器件
2．2．2 动态重配置模式
2．2．3 多上下文可重构硬件
2．3 可重构处理器体系研究进展
2．3．1 单通用核可重构处理器
2．3．2 可重构多核处理器结构
2．4 软硬件任务运行时环境研究进展
2．4．1 可重构器件空间管理
2．4．2 软硬件任务模型
2．4．3 硬件任务调度管理研究进展
2．5 重配置代价优化研究进展
2．5．1 配置缓存
2．5．2 配置预取
2．5．3 局部可重构系统中重定位和碎片整理
2．5．4 配置压缩
2．6 面向片上网络多核系统的研究进展
2．6．1 片上网络基本拓扑结构
2．6．2 片上网络的结构优化研究进展
2．6．3 片上网络的I/O研究进展
2．7 目前研究存在的问题


第3章 面向多核系统的可重构计算研究概述
3．1 整体研究框架
3．2 研究内容概述
3．2．1 可重构器件片上面积管理
3．2．2 面向可重构计算的硬件线程
3．2．3 可重构多核处理器体系结构
3．2．4 多核架构上可重构任务的系统支持
3．2．5 约束驱动的可重构加速核性能面积优化
3．2．6 面向片上网络的扩展研究
3．3 性能分析
3．3．1 性能分析内容
3．3．2 实验与验证方法
3．3．3 系统模拟平台扩展
3．3．4 硬件加速核的验证平台
3．3．5 操作系统和应用程序修改


第4章 可重构器件空间管理与配置优化
4．1 可重构器件模型
4．2 可重构器件上的任务模型
4．3 空闲空间管理方法
4．3．1 候选位置
4．3．2 可用候选位置
4．3．3 任务的插入
4．3．4 任务的清除
4．3．5 算法描述
4．4 流水化配置优化
4．4．1 重配置叠加与流水
4．4．2 中间数据缓冲
4．5 验证与分析
4．5．1 分配质量分析
4．5．2 计算复杂度
4．5．3 流水化配置优化验证与分析


第5章 基于可重构计算的硬件线程
5．1 混合架构模型
5．2 硬件线程模型
……
第6章 可重构多核处理器结构设计
第7章 多核架构上可重构任务的系统支持
第8章 约束驱动的可重构加速核性能资源优化
第9章 面向片上互连的扩展研究
参考文献
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