3 FPGA动态部分重构的实现 在本设计实例中,FPGA实现的功能是对外围接口电路进行逻辑控制以及根据外围不同设备输入的数据选择适当的数据处理算法。据此将设计划分为固定模块和可重构模块,其中固定模块内实现对外接口的控制逻辑,可重构模块内实现数据处理算法。本例中只将FPGA的逻辑功能更换一次,即可重构模块只部分重构一次,将其在重构前后的不同逻辑功能分别计作reconfig_a和reconfig_b。系统会根据需要动态部分重构FPGA,为不同的数据源选择适合的处理方法。本设计由Virtex-E XCV600E器件来实现。 根据模块所需资源的大小和模块划分原则,在用户约束文件(UCF)中将每个模块的位置进行约束,如下所示:
INST "fix" AREA_GROUP = "AG_fix" ;(1)
AREA_GROUP "AG_fix" RANGE = CLB_R1C1:CLB_R48C36 ;(2)
INST "reconfig" AREA_GROUP = "AG_reconfig" ; (3)
AREA_GROUP "AG_reconfig" RANGE = CLB_R1C37:CLB_R48C72 ;(4)
其中(2)、(4)指定了两个模块的具体位置。 按照模块化设计流程,分别对固定模块fix和可重构模块reconfig_a和reconfig_b进行设计综合,再将两个可重构模块分别和固定模块进行组合,完成整体设计。此过程中可重构模块和FPGA的整个设计分别生成配置比特流。 图3和图4是FPGA部分重构前后的整个设计的物理实现,图中左半部分为固定模块区域,右半部分为可重构模块区域。从两图中可知在部分重构前后可重构模块区域内布线发生变化,而固定模块区域内布线没有发生变化。
图3 fix和reconfig_a整体设计的物理实现结果
图4 fix和reconfig_b整体设计的物理实现结果
FPGA动态部分重构时首先须将整个配置文件下载到器件中,重构时系统根据运行的需要选择适合的部分重构配置比特流。Virtex-E XCV600E配置比特流的大小为495204个字节,而可重构模块reconfig_a和reconfig_b配置比特流的大小分别为93324个字节和111868个字节,因此采用部分重构不仅能够在运行不间断的情况下更新可重构模块区域内的逻辑功能,而且也能使重构配置时间大大减少。 |