专利名称：基于预先解码分析的配置信息缓存管理系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于嵌入式可重构设计领域，具体涉及一种基于预先解码分析的配置信息缓存管理系统，更具体涉及一种面向媒体处理的可重构系统中基于预先解码分析的配置信息缓存管理系统。
背景技术：
作为一种将通用处理器(GPP, General Purpose Processors)的灵活性和专用集成电路(ASIC, Application Specific Integrated Circuit)的高效性相结合的计算体系结构，可重构计算架构近些年来在嵌入式系统设计方面获得了越来越广泛的关注，其主要的应用领域包括多媒体处理、移动通信、数字信号处理、数据加解密等。粒度是指可重构系统中所包含的基本运算单元的数据位宽度，它决定了可重构系统的数据处理能力。一般将粒度不超过4位的称为细粒度，大于4位的称为粗粒度。根据计算粒度的不同，可重构系统可分为细粒度可重构系统和粗粒度可重构系统。由于是从运算层级对计算单元进行配置，粗粒度可重构系统与细粒度可重构系统相比，能显著减少系统重构的开销。随着媒体应用的性能要求和计算复杂度越来越高，粗粒度可重构架构的计算资源也成倍增加，一些架构使用了多个可重构阵列来完成这些应用。然而，在计算资源增加的同时，重构过程所需的配置信息量也随之进一步增大，导致系统的重构开销进一步增长，严重影响系统的整体性能。在粗粒度可重构系统的设计中，配置信息缓存的结构及管理方法是其中的一项关键技术，决定了系统动态重构的效率。而传统粗粒度可重构系统中的配置信息缓存管理方法多是参照通用处理器系统的指令缓存管理方法，没有考虑可重构系统硬件结构及具体应用算法的特点，使得系统有限的配置信息传输能力与强大的运算能力不匹配，无法满足应用算法苛刻的高性能需求。
实用新型内容实用新型目的:针对上述现有技术存在的问题和不足，本实用新型的目的是提供一种基于预先解码分析的配置信息缓存管理系统，以提高大规模粗粒度可重构系统的动态重构效率。技术方案:为实现上述实用新型目的，本实用新型采用的第一种技术方案为一种基于预先解码分析的配置信息缓存管理系统，包括流媒体处理器模块、配置信息预取FIFO (First Input First Output,先入先出队列)模块、配置信息存储单元和缓存控制器模块；所述流媒体处理器模块:用于解析从外部存储器取得的码流中的宏块，生成处理该宏块时所需子任务对应的配置信息索引，并将该配置信息索引输出到配置信息预取FIFO模块；所述配置信息索引包括配置信息在外部存储器中的地址(简称“配置信息地址”)及使用该配置信息的可重构阵列编号(简称“目标可重构阵列编号”);所述配置信息预取FIFO模块:用于依次存储所述流媒体处理器模块生成的配置信息索引，为配置信息存储单元中的配置信息的替换提供依据；所述配置信息存储单元:用于缓存从外部存储器中取到的配置信息；所述缓存控制器模块:用于从配置信息预取FIFO模块中取出一条配置信息索引，根据配置信息在外部存储器中的地址，判断所需的配置信息是否存在于所述配置信息存储单元中，若所需的配置信息在配置信息存储单元中已存在，则缓存控制器模块直接读取该配置信息；若所需的配置信息在配置信息存储单元中不存在，则缓存控制器模块从外部存储器中获取所需的配置信息，然后再将其缓存在配置信息存储单元中，最后将所需的配置信息发送至相应的可重构阵列。优选的，所述配置信息预取FIFO模块，包含N个FIFO单元，每个FIFO单元存储配置信息在外部存储器中的地址和使用该配置信息的可重构阵列编号。 优选的，所述配置信息存储单元，包含M个存储块，每个存储块存储配置信息在外部存储器中的地址、配置信息内容和配置信息优先级(简称“优先级”)。本实用新型采用的第二种技术方案为一种利用如上所述基于预先解码分析的配置信息缓存管理系统的管理方法，包括如下步骤:(I)生成配置信息索引:流媒体处理器通过预先解析从外部存储器取得的码流中的宏块，生成处理该宏块时所需子任务对应的配置信息索引，并将该配置信息索引输出到配置信息预取FIFO模块；所述配置信息索引包括配置信息在外部存储器中的地址及使用该配置信息的可重构阵列编号；(2)搜索、读取和替换配置信息:缓存控制器模块从配置信息预取FIFO模块中取出一条配置信息索引，根据配置信息在外部存储器中的地址，在配置信息存储单元中搜索所需的配置信息，若所需的配置信息在配置信息存储单元中已存在，则缓存控制器模块直接读取该配置信息；若所需的配置信息在配置信息存储单元中不存在，则从外部存储器中获取所需的配置信息，然后再将其缓存在配置信息存储单元中，并对配置信息存储单元中的配置信息进行替换；(3)发送配置信息:所述缓存控制器模块将读取的配置信息依次发送给相应的可重构阵列。优选的，所述对配置信息存储单元中的配置信息进行替换为:用所需的配置信息替换配置信息存储单元中优先级最低的一套配置信息。更优选的，所述配置信息的优先级为当前时刻配置信息在外部存储器中的地址在配置信息预取FIFO模块中出现的次数。更优选的，所述优先级在配置信息替换之前进行更新。优选的，所述配置信息预取FIFO模块，包含N个FIFO单元，每个FIFO单元存储配置信息在外部存储器中的地址和使用该配置信息的可重构阵列编号。优选的，所述配置信息存储单元，包含M个存储块，每个存储块存储配置信息在外部存储器中的地址、配置信息内容和配置信息优先级。优选的，还包括步骤(4):重复步骤(I)至步骤(3)，直至所有配置信息都发送完毕，完成其功能的重构。有益效果:本实用新型通过提供面向媒体处理的可重构系统中基于预先解码分析的配置信息缓存管理系统，在读取配置信息时减少对外部存储器的访问次数，从而减少配置信息的传输时间。并提供了相应的配置信息缓存管理方法，运用基于优先级的替换策略，采用三级流水模式，改变了传统的粗粒度可重构系统中配置缓存的管理方式，从而提高了大规模粗粒度可重构系统的动态重构效率。
图1为本实用新型实施例所述的面向媒体处理的可重构系统中基于预先解码分析的配置信息缓存的结构示意图；图2为图1所示的面向媒体处理的可重构系统中基于预先解码分析的配置信息缓存中配置信息预取FIFO模块中配置信息索引的存储格式示意图；图3为图1所示的面向媒体处理的可重构系统中基于预先解码分析的配置信息缓存中配置信息存储单元中的配置信息的存储格式示意图；图4为本实用新型实施例所述的面向媒体处理的可重构系统中基于预先解码分析的配置信息缓存管理方法的流程图；图5为本实用新型实施例所述的面向媒体处理的可重构系统中基于预先解码分析的配置信息缓存的应用连接图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。如图1所示，面向媒体处理的可重构系统中基于预先解码分析的配置信息缓存，包括流媒体处理器模块:用于解析从外部存储器取得的码流中的宏块，生成处理该宏块时所需子任务对应的配置信息索引；配置信息预取FIFO模块:用于依次存储流媒体处理器模块生成的配置信息索引；配置信息存储单元:用于缓存从外部存储器中取到的配置信息；缓存控制器模块:用于检索和替换配置信息存储单元中的配置信息，并将所需的配置信息发送至8个可重构阵列中的某一个。如图2和图3所示，配置信息预取FIFO模块，包含N个FIFO单元，每个FIFO单元存储一条配置信息索引，每一条配置信息索引由配置信息地址和目标可重构阵列编号两部分组成。配置信息存储单元，包含M个存储块，每个存储块由配置信息地址、配置信息内容和配置信息优先级三部分组成。其中，配置信息优先级为当前时刻某一套配置信息的地址在配置信息预取FIFO模块中出现的次数，即将来一段时间内该配置信息会被使用的次数。N、M的值可根据可重构阵列的数目、配置信息的总套数和大小等实际情况自行设置，但不同的取值会对配置信息传输的效率产生不同的影响。如图4所示，配置信息缓存的管理方法，包括生成配置信息索引:所述流媒体处理器通过预先解析宏块，生成处理该宏块时所需子任务对应的配置信息索引，包括配置信息在外部存储器中的地址及使用该配置信息的可重构阵列编号，存放于配置信息预取FIFO模块中；搜索、读取和替换配置信息:所述缓存控制器从配置信息预取FIFO模块中取出一条配置信息索引，根据配置信息地址，在配置信息存储单元中搜索所需的配置信息，若所需的配置信息在配置信息存储单元中已存在，则缓存控制器直接读取该套配置信息；若不存在，则从外部存储器中获取所需的配置信息，然后再将其缓存在配置信息存储单元中，并替换配置信息存储单元中优先级最低的一套配置信息；发送配置信息:所述缓存控制器将读取的配置信息依次发送给相应的可重构阵列，完成其功能的重构。三个阶段的运转方式为流水线方式，从而充分利用了配置信息缓存的资源，提高了大规模粗粒度可重构系统的动态重构效率。如图5所示，H.264协议的高清数字视频解码(H.264 1080pi30fpsHiPiLevel4)采用了本实用新型所提出的面向媒体处理的可重构系统中基于预先解码分析的配置信息缓存结构及管理方法，能够实现H.264 1080pi30fpsHiPiLevel4的高清视频解码要求。该系统的结构包括:用作主控器的ARM7TDMI处理器、配置信息缓存、可重构阵列(RCA)、AHB总线、DDR SDRAM。选择具有小型、快速、低能耗、编译器支持好等优点的ARM7TDMI处理器作为主控CPU，用于控制系统运行的调度；配置信息缓存通过32bit的AHB总线与外部存储器相连接，外部存储器选用最常用的嵌入式外部存储器DDR SDRAM，支持64bit的数据访问位宽，具有良好的性价比以及能耗比；RCA共有8个，每个RCA均含有8X8个PE。对于该验证系统，对应的每套配置信息的地址宽度为14bit，大小为1KByte。配置信息预取FIFO模块包含128个FIFO单元(即N取128)，每个FIFO单元中目标可重构阵列编号的宽度为3bit，取值范围为O 7，依次标识RCAO RCA7。配置信息存储单元包含32个存储块(即M取32),每个存储块中配置信息优先级的宽度为7bit。配置信息缓存与RCA之间的配置信息传输接口的位宽为512bit。作为对比实验，设置了一个对比验证系统，与上述验证系统的区别在于配置信息缓存中去除了配置信息预取FIFO模块，配置信息存储单元的替换策略采用传统设计中常用的LRU(最近最少使用)策略，而配置信息存储单元的大小和结构相同。实验结果表明，采用本实用新型提出的面向媒体处理的可重构系统中基于预先解码分析的配置信息缓存结构及管理方法，配置信息缓存的平均命中率比对比验证系统提高4.5个百分点，配置信息传输的时钟周期数减少50%以上。其中可重构阵列(ReConfigurable Array)简称RCA ;基本运算单兀(ProcessingElement)简称 PE。
权利要求1.一种基于预先解码分析的配置信息缓存管理系统，其特征在于:包括流媒体处理器模块、配置信息预取FIFO模块、配置信息存储单元和缓存控制器模块； 所述流媒体处理器模块:用于解析从外部存储器取得的码流中的宏块，生成处理该宏块时所需子任务对应的配置信息索引，并将该配置信息索引输出到配置信息预取FIFO模块；所述配置信息索引包括配置信息在外部存储器中的地址及使用该配置信息的可重构阵列编号； 所述配置信息预取FIFO模块:用于依次存储所述流媒体处理器模块生成的配置信息索引，为配置信息存储单元中的配置信息的替换提供依据； 所述配置信息存储单元:用于缓存从外部存储器中取到的配置信息； 所述缓存控制器模块:用于从配置信息预取FIFO模块中取出一条配置信息索引，根据配置信息在外部存储器中的地址，判断所需的配置信息是否存在于所述配置信息存储单元中，若所需的配置信息在配置信息存储单元中已存在，则缓存控制器模块直接读取该配置信息；若所需的配置信息在配置信息存储单元中不存在，则缓存控制器模块从外部存储器中获取所需的配置信息，然后再将其缓存在配置信息存储单元中，最后将所需的配置信息发送至相应的可重构阵列。
2.根据权利要求1所述基于预先解码分析的配置信息缓存管理系统，其特征在于:所述配置信息预取FIFO模块，包含N个FIFO单元，每个FIFO单元存储配置信息在外部存储器中的地址和使用该配置信息的可重构阵列编号。
3.根据权利要求1所述基于预先解码分析的配置信息缓存管理系统，其特征在于:所述配置信息存储单元，包含M个存储块，每个存储块存储配置信息在外部存储器中的地址、配置信息内容和配置信息优先级。
专利摘要本实用新型公开了一种基于预先解码分析的配置信息缓存管理系统，包括流媒体处理器模块、配置信息预取FIFO模块、配置信息存储单元和缓存控制器模块。本实用新型能提高大规模粗粒度可重构系统的动态重构效率。
文档编号G06F12/08GK202995712SQ20122069006
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者曹鹏, 刘波, 蔡勇, 齐志, 杨锦江, 杨军, 时龙兴 申请人:东南大学