動態可重構技術在嵌入式計算機中的應用

吳文慶

摘 要 動態可重構技術是一種新型的計算機重整技術，其不僅能夠有效的降低嵌入式計算機系統的功耗和體積，使得計算機系統運作便捷，還能夠依據計算機任務的不同實現不同的功能，滿足人們多樣的任務需求。與此同時，計算機軟硬件資源都能夠得到充分利用，提升嵌入式計算機的運作水平。因此，本文將對動態可重構技術基本概理進行簡要的論述，以動態可重構技術在嵌入式計算機實際應用為主要內容，探討動態可重構技術應用類型的不同，為未來嵌入式計算機改革和發展提供可參考意見，促進計算機行業的快速發展。

【關鍵詞】動態可重構技術 計算機 應用

隨著現代社會的發展，人們對于計算機的要求越來越高，則一般的嵌入式計算機系統，不僅不能夠滿足人們多樣的任務需求，還會由于長時間運作而損壞計算機機體，導致計算機功耗、體積不斷增大。在這種情況下，動態可重構技術在嵌入式計算機開始被使用，而如何運用動態可重構技術提升計算機系統運行水平成為工作人員在開發時重點思考的問題。而本文將對動態可重構技術在嵌入式計算機中的實際應用進行簡要的分析，下面進行詳細的探討。

1 動態可重構技術分析

動態可重構技術能夠對計算機系統內部電路結構狀態進行改變，在計算機系統處于正常運作狀態時，通過對計算機系統局部電路數據的重新配置，從而達到重新配置電子系統中可編程邏輯器件的目的。按照技術的重構方式可以將動態可重構技術分為兩種形式：動態系統重構和靜態系統重構。雖然動態可重構技術依據重構方式被分成兩種，但在實際的計算機系統運作時，兩者是相互存在而不是各不相存，即，在計算機運行中進行系統配置就是動態系統重構，而系統在計算機運行前進行配置，則為靜態系統重構。

動態可重構技術在應用的過程中，首先便是對嵌入式計算機進行全部或是局部的動態重構，并產生和記憶此時的數字邏輯，以便節省計算機芯片內區域資源，強化計算機系統動態可重構運作的可靠性和便捷性。此外，依照前文所說，技術實現面積是不同的，因此，根據技術實現的面積不同，將技術分為局部重構和全局重構。局部重構是兩種重構中較為簡單的一種，即為局部重新配置重構系統，并不影響其他運作狀態，不僅減少重構數據和范圍，還減短了技術整體運作周期，而全局重構則是全部系統、器件逐一進行全過程的重構。

動態可重構技術的優點是能夠在嵌入式計算機軟件的基礎上，用硬件設計和結構來實現系統的運作，不僅保持了傳統的基于硬件方法的執行速度，還融入了計算機軟件的靈活性。此外，其體系結構可變的特點也適合實際應用中人們對于計算機的多元化需求。而隨著現代科技的快速發展，動態可重構技術在未來還存在巨大的潛力。

2 動態可重構技術在嵌入式計算機中的應用類型

2.1 部分可重構

部分可重構方法，顧名思義就是對計算機系統中的部分系統進行優化和重構，即在計算機系統運行時，對部分硬件資源進行動態配置，而對其他部分正常運行不造成任何影響。在部分可重構運行時，其會將計算機系統分為兩部分：可重構區域和靜態區域，這兩部區域分別管理和連接不同計算機功能。可重構區域負責計算機部分系統中的動態重構配置，而靜態區域則是負責部分系統中關鍵性任務和基本組件，簡單來說，就是在可重構區域中含有大量的運行文件，而靜態區域就是開啟可重構區域的鑰匙。

目前在計算機中實現部分可重構方法的方案分為三種。第一種方案，是在硬件宏差異基礎上進行實施，首先先對硬件進行描述和初始化概統，利用具體算法獲取電路中LUT的重要內容，然后，再通過智能編輯器對所獲取文件信息進行智能生成，在計算機系統中運行；第二種方案，是基于模塊化的技術方案，不同時期有不同的運作。在系統運行前，會依據計算機系統內的不同任務對其和電路進行相應模塊劃分，再通過系統進行控制，生產不同的配置文件并下載完整的配置信息，整體完善計算機系統；在系統運行過程中，計算機系統便會不斷依據系統情況進行控制和配置，以便在系統運營后期，順利替換某些動態模塊；第三種方案是利用bitstream的技術方案，首先以幀的形式對系統的編程信息進行詳細保存，一旦在系統運行中，某一LUT需要進行修改，系統便會自動尋找相應的幀，并將幀上的信息讀取，再進一步修改，確保系統的準確性和靈活性。上文三種實現部分可重構的方案，都是通過對計算機系統硬件資源的分時復用，提高計算機內部資源的利用，促進嵌入式計算機整體系統的運作。

2.2 可編程重構

對于可編程重構方法而言，在嵌入式計算機系統中一般采用軟件方法和IP重用技術，實現動態可重構的快速開發。軟件代碼是在外部通用處理器或是嵌入式處理器中執行的，進而改變系統中數據路徑的連接與控制組件的功能配置，實現對嵌入式系統的動態可重構技術應用。簡單來說，將系統內部所有信息的數據線路集中一處進行處理，在中心處和外界進行連接和數據交換。

可編程重構的整體運作是比較明確的，按照功能將框架分為三部分：數據層、控制層和現場可編程門陣列，控制層主要是控制數據層，而現場可編程門陣列包含著數據層和控制層。數據層的運作需要數據交換網絡和專門的控制接口，在組件間關系的動態配置中，給予系統數據支持，并用控制接口接受處理器的命令，以此實現對功能組件的重配；而對于控制層部分，計算機硬件結構中的控制接口是其重要接結構，并起到控制數據路徑的作用；現場可編程門陣列系統需要大量的技術支撐，例：控制接口、通用接口、系統集成工具等，而其中的通用接口為組件間的相互通信提供了便利。此外，實現數據層的構建和組件功能的配置還需要數據交換網絡和專門的控制接口，確保嵌入式計算機系統的正常運行。

3 動態可重構技術在嵌入式計算機中的實際應用

3.1 可重構計算機應用

可重構計算機系統是在部分可重構的基礎上，依據嵌入式計算機系統特點，加入IP重用技術和多核技術的為嵌入式計算機設計的動態可重構技術系統。而其系統結構也是與部分可重構結構相似的，先在計算機內部依據不同功能將電路劃分和集合，形成多個處理單元和交換單元，用高速光纖和配置網絡將兩者連接形成巨大的現場可編程門陣列系統。與此同時，靜態系統重構建立相應的中央處理器和關鍵詞，作為局部信息數據處理的運輸路線，再利用高速光纖將現場可編程門陣列和中央處理器連接。

可重構計算機系統的優點是在其系統連接中不僅能夠通過高速光纖網絡將每個處理單元相互連接，使其成為擁有著能夠核心處理信息數據的重要功能，還能夠對各個模塊中數據進行處理和模塊之間的傳輸，實現良好的系統計算功能，確保系統內部信息處理和運輸便捷。

3.2 嵌入式計算機中應用

對于嵌入式計算機來說，一般的計算機系統存在著一定的缺點，例：實際安裝復雜、系統運作不靈活、無法及時更新系統軟件、計算機資源利用率低等；而動態可重構技術在嵌入式計算機運行中，不僅能夠避免一般計算機系統運行中存在的缺點，還能利用計算機內有限信息資源進行重新組合，增加計算機硬件和軟件自身的可擴展性、高靈活性、高性能的處理結構。在該技術系統中，會根據計算機中央信息處理器所提供的具體任務要求，對內部的數字邏輯資源進行動態配置，選擇適合任務要求的最優組合。與此同時，為實現計算機芯片內部的信息交換和記錄網絡的目的，技術中還利用了NOC技術，將IP核之間的連接加強，點對點的通信連接加強。在現場可編程門陣列中，為計算機系統加入了可重構接口和微處理核，給予系統更多的重配置和自主控制，提高計算機芯片內的交互網絡的擴展性。此外，如何降低嵌入式計算機系統的開發風險和周期，也是動態可重構技術應用的重要一點，則IP重用技術將成為應用中的關鍵。IP重用技術的使用，將影響到計算機能系統否控制現場可編程門陣列內部芯片的基礎組件，進行終端控制器等任務，一旦IP重用技術使用順利，不僅能使計算機系統的可復性增強，還便于快速開發適應更多類型的嵌入式計算機系統。

4 總結

伴隨著嵌入式計算機的迅速發展，對于計算機內部的數字邏輯系統功能復雜化的要求也越來越高，而一般的計算機系統顯然不能再滿足其未來發展的需求，可重構技術顯然更加適合現代計算機的發展。可重構技術在嵌入式計算機中的應用將成為計算機未來發展的關鍵，其能夠真正做到將計算機內部資源的利用率提高，合理配置數據路徑，讓嵌入式計算機系統實現更大的邏輯設計，擁有更大發展前景，促進計算機行業的長遠發展。

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