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。
中图分类号:TN402 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.222818
中文引用格式:钱宏文,张飞,吴翼虎,等. 局部动态可重构FPGA进程式调度系统设计与实现[J]. 电子技术应用,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.
中文引用格式:钱宏文,张飞,吴翼虎,等. 局部动态可重构FPGA进程式调度系统设计与实现[J]. 电子技术应用,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
未来6G[1]通信将实现万物互联,卫星、无人机、各式基站以及各类终端将形成混合异构网络[2]。随着网络中感知、通信等功能的性能不断提高,通过各类节点获取的数据不断地增长,对数据的实时处理成为未来网络中的技术挑战之一。边缘计算技术可解决低时延业务的处理要求,是6G网络的关键技术之一。在众多类型的处理芯片中,FPGA可提供高性能的计算能力,以及确定的和更低的延迟,FPGA在目前的电子系统中更多的是以接口逻辑或者协处理器的形式存在的,系统工作后由于程序固化,实现功能大多局限于粘合逻辑,存在使用率低、灵活性差等问题。而在边缘计算中,FPGA需要适应加速卷积神经网络、动态加解密、视频编解码等应用,承担越来越多的计算任务,需要基于上层系统的角度实现对FPGA应用实现动态加载和调度。通过对动态可重构技术[3]的研究,令FPGA的硬件属性发生改变,成为与CPU/DSP类似可调度的计算资源,硬件程序服从软件程序的调度,转变为现有以软件应用为核心的开发模式,实现系统所有软硬件资源均能进行灵活调度,满足不断发展的边缘计算要求。
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作者信息:
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)
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