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一种改进的动态可重构片上系统任务调度算法研究

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摘要

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外发展现状

1.3 论文的主要工作

1.4 论文结构组织

第2章 可重构理论阐述

2.1 可重构硬件基础

2.1.1 细粒度可重构单元

2.1.2 粗粒度可重构单元

2.2 可重构计算体系结构

2.2.1 可重构系统分类

2.2.2 可重构配置方式

2.3 可重构任务调度与管理

2.3.1 硬件在线任务调度

2.3.2 可重构资源管理

2.3.3 任务放置策略

2.4 小结

第3章 一种改进的硬件任务调度算法

3.1 硬件调度问题描述

3.1.1 硬件任务建模

3.1.2 调度系统框架

3.1.3 硬件任务调度

3.2 资源分配策略

3.2.1 算法改进思路

3.2.2 总线优先放置策略

3.3 考虑任务间通信的调度算法

3.3.1 算法改进思路

3.3.2 通信优先可抢占调度算法

3.4 片上资源管理

3.5 小结

第4章 算法模拟与评价

4.1 模拟系统简介

4.1.1 RCSSimulator介绍

4.1.2 测试数据集生成

4.2 算法评估与分析

4.3 原型系统搭建

4.4 小结

结论

参考文献

致谢

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摘要

可重构计算技术兼备定制化芯片的高性能和通用CPU的灵活性而日益受到学术界和产业界的关注。随着电子技术的飞速发展,目前的可重构器件已经可以支持部分动态可重构,可以满足现代高性能技术、专用加速计算和各种普通应用等更为灵活的应用场景对计算芯片的需求。与此同时,也就为可重构硬件任务的管理提出了新的要求。
   硬件任务调度作为可重构操作系统的核心功能,是充分发挥和利用好可重构计算技术的关键。为了提高可重构器件的任务调度成功率和资源利用率,并进一步将现有调度算法相关研究工作推向实用,本文在前人研究基础上针对可重构器件异构结构上的硬件放置问题展开研究,提出了改进的任务调度算法。论文的具体研究工作如下:
   为了能更好的描述和说明可重构器件资源的异构性,构建了新的可重构硬件系统调度框架和硬件任务抽象模型。在硬件任务模型中增加了任务配置时间、任务依赖关系和通信需求等因素,从而有助于后续调度算法的展开研究,也为相关研究成果进一步接近实用奠定基础;
   针对硬件任务的通信需求,在前人工作基础上提出了一种改进的总线优先的任务放置策略。当具有通信需求的硬件任务到来时,放置器将优先将其放置在离可重构器件片上固定总线资源较近的地方,从而降低通信延迟和面积开销;
   针对任务间依赖关系和通信需求,提出了改进的PreSPSA算法。该算法根据可重构器件异构资源的分布和特点,首先对预留任务队列中的硬件任务进行分簇管理,将有依赖关系和通信需求的任务尽量放置在相同的可重构区域中并尽早开始。模拟实验表明,综合上述技术的改进的调度算法在不明显增加系统开销的情况下,提高了可重构计算系统的调度成功率。
   综上所述,本文围绕可重构系统中的实时硬件任务调度问题展开了深入研究,特别针对具有优先依赖和通信需求的硬件人在更为实际的异构可重构器件上的调度和管理问题提出了改进的算法,并进行了模拟实验,搭建了部分可重构原型系统,取得了一定的成果。

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