一种基于控制器流水架构的层次化信息处理方法及电路技术

本发明专利技术涉及基于控制器流水架构的层次化信息处理方法及电路，所述方法包括如下步骤：1）主处理核接收输入信号，并根据输入信号的数据处理需求向下级的可配置流水信号处理核发送配置参数；2）可配置流水信号处理核接收所述配置参数，并将可配置流水信号处理核内置的状态寄存器的状态信息反馈至主处理核，若所述至少有一个可配置流水信号处理核的状态信息处于空闲状态，则执行步骤3）；3）所述主处理核优先选取与输入信号的数据处理需求相匹配的配置的可配置流水信号处理核；4）可配置流水信号处理核完成相应的运算后，更新自身的状态寄存器，同时向主处理核发中断，结束数据处理操作，具有可扩展性、灵活性以及多变性的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及硬件加速器的设计，尤其涉及一种基于控制器流水架构的层次化信息处理方法及电路。
技术介绍
数字信号处理技术，作为重要的技术手段广泛应用于各类工程
近年来，随着科学技术的发展，又成为人工智能等新兴学科的理论基础之一，其重要性及应用的广泛性是巨大的。然而作为信号处理的两种实现方式，通用处理器以及专用集成电路都有着各自的优缺点。通用处理器中指令的串行执行、指令集的有限性以及内存操作瓶颈等因素使其性能往往无法满足设计要求；专用集成电路虽然运算速度快、精度高，但灵活性较差，一经设计，其功能便无法改变。可重构计算系统作为一种新的体系结构，采用可编程的硬件模块来实现计算，以及面向可重构系统的操作系统来管理硬件资源，屏蔽硬件细节，划分和调度硬件任务，并向开发人员提供高层次的编程模型，由此填补了软硬件之间的鸿沟。然而传统的可重构技术的性能以及灵活度都介于通用处理器与专用集成电路之间，但是每次使用需要断电重新设计，而且性能也远远弱于专用集成电路。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服以上现有技术之不足，提供一种层次化可配置流水加速器架构，硬件加速器可通过层次化配置的方式实现多种流水应用的加速，通过粗粒度的静态配置方式可改变加速器中基本流水级的拓扑结构和互连关系，以资源复用的方式实现特定应用的硬件加速，满足信号处理应用的高实时性和灵活性。具体有以下技术方案实现：所述基于控制器流水架构的层次化信息处理方法，包括如下步骤：1）主处理核接收输入信号，并根据输入信号的数据处理需求向下级的可配置流水信号处理核发送配置参数；2）可配置流水信号处理核接收所述配置参数，并将可配置流水信号处理核内置的状态寄存器的状态信息反馈至主处理核，若所述可配置流水信号处理核的状态信息均为忙碌状态，则主处理核处于等待状态，若所述至少有一个可配置流水信号处理核的状态信息处于空闲状态，则执行步骤3）；3）所述主处理核优先选取与输入信号的数据处理需求相匹配的配置的可配置流水信号处理核执行相应的运算，若没有匹配配置的可配置流水信号处理核，则主处理核任选一个空闲的可配置流水信号处理核进行重构，更新可配置流水信号处理核的状态寄存器，启动可配置流水信号处理核进行相应的运算；4）可配置流水信号处理核完成相应的运算后，更新自身的状态寄存器，同时向主处理核发中断，结束数据处理操作。所述基于控制器流水架构的层次化信息处理方法的进一步设计在于，所述步骤3）中可配置流水信号处理核进行运算时，根据各配置参数，得到与所述配置参数对应的运算量，提供与所述配置参数相对应的运算存储资源。所述基于控制器流水架构的层次化信息处理方法的进一步设计在于，可配置流水信号处理核包括三级可配置功能层：可配置应用层，通过第一可配置互连网络，将多个可配置算法层相连，形成面向固定应用的加速结构；可配置算法层，通过第二可配置互连网络，将多个可配置运算层相连，根据可配置应用层的指令配置相应的算法，并向可配置运算层提供对应指令的算法配置；可配置运算层，包括乘法器、加法器，并根据配置信息完成对应的运算。采用所述的基于控制器流水架构的层次化信息处理方法的基于控制器流水架构的层次化信息处理加速电路，包括：RISC处理核，对若干含有寄存器加速器发送控制信号，并对所述寄存器进行协同配置；加速器，接收RISC处理核发出的控制信号，并向RISC处理核反馈自身寄存器的状态信息。所述基于控制器流水架构的层次化信息处理电路的进一步设计在于，所述加速器还包括主控制器，对配置寄存器进行读取，并对重构控制器发送配置信息进行配置；重构控制器，根据所述配置信息，重构寄存器的运算资源与存储资源，组合成对应的流水且并行的运算架构；可重构计算阵列，包括一组运算单元与互联网络，由所述配置信息形成对应的MUX选择信号，并根据所述MUX选择信号，选择相应的互连网络，通过运算单元实现数据运算。所述基于控制器流水架构的层次化信息处理电路的进一步设计在于，RISC核与加速器通过总线进行控制信号的交互。所述基于控制器流水架构的层次化信息处理电路的进一步设计在于，所述寄存器包括用于对加速器的配置的配置寄存器与用于对加速器状态的标记状态寄存器。本专利技术的优点如下：本专利技术提供的基于控制器流水架构的层次化信息处理方法及电路具有可扩展性，可以在可重构控制器内添加适合于新应用的互连，从而实现新应用的加速；具有灵活性，可根据整体吞吐率的要求适当的增加加速器的数目；具有多变性，加速器可以实现多种不同应用的加速；具有资源可复用性，各条流水线之间的运算资源以及存储资源可以互相复用，大大提高了资源的利用率。附图说明图1是RPSC体系结构示意图。图2是可重构计算阵列结构框图。图3是可重构存储器结构框图。图4是多RPSC系统整体架构。图5是多核RPSC配置流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术方案进行详细说明。所述基于控制器流水架构的层次化信息处理方法，包括如下步骤：步骤1）主处理核接收输入信号，并根据输入信号的数据处理需求向下级的可配置流水信号处理核发送配置参数；步骤2）可配置流水信号处理核接收所述配置参数，并将可配置流水信号处理核内置的状态寄存器的状态信息反馈至主处理核，若所述可配置流水信号处理核的状态信息均为忙碌状态，则主处理核处于等待状态，若所述至少有一个可配置流水信号处理核的状态信息处于空闲状态，则执行步骤3）；步骤3）所述主处理核优先选取与输入信号的数据处理需求相匹配的配置的可配置流水信号处理核执行相应的运算，若没有匹配配置的可配置流水信号处理核，则主处理核任选一个空闲的可配置流水信号处理核进行重构，更新可配置流水信号处理核的状态寄存器，启动可配置流水信号处理核进行相应的运算；步骤4）可配置流水信号处理核完成相应的运算后，更新自身的状态寄存器，同时向主处理核发中断，结束数据处理操作。步骤3）中可配置流水信号处理核进行运算时，根据各配置参数，得到与所述配置参数对应的运算量，提供与所述配置参数相对应的运算存储资源。进一步的，可配置流水信号处理核包括三级可配置功能层：可配置应用层，通过第一可配置互连网络，将多个可配置算法层相连，形成面向固定应用的加速结构；可配置算法层，通过第二可配置互连网络，将多个可配置运算层相连，根据可配置应用层的指令配置相应的算法，并向可配置运算层提供对应指令的算法配置；可配置运算层，包括乘法器、加法器，并根据配置信息完成对应的运算。本实施例提供采用上述基于控制器流水架构的层次化信息处理方法的基于控制器流水架构的层次化信息处理加速电路，包括可配置流水信号处理核与加速器，本实施例中可配置流水信号处理核为RISC处理核，加速器为RPSC。其中，RISC处理核，对若干含有寄存器加速器发送控制信号，并对所述寄存器进行协同配置。加速器，接收RISC处理核发出的控制信号，并向RISC处理核反馈自身寄存器的状态信息。RISC核与加速器通过总线进行控制信号的交互。寄存器由用于对加速器的配置的配置寄存器与用于对加速器状态的标记状态寄存器组成。进一步的，加速器RPSC还包括主控制器、重构控制器、可重构计算阵列、本地数据存储器以及可重构资源（RAP），参见图1。主控制器，对配置寄存器进行读取，并对重构控制器发送配置信息进行配置。重构控制器，根据所述配置信息，重本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于控制器流水架构的层次化信息处理方法，其特征在于包括如下步骤：1）主处理核接收输入信号，并根据输入信号的数据处理需求向下级的可配置流水信号处理核发送配置参数；2）可配置流水信号处理核接收所述配置参数，并将可配置流水信号处理核内置的状态寄存器的状态信息反馈至主处理核，若所述可配置流水信号处理核的状态信息均为忙碌状态，则主处理核处于等待状态，若所述至少有一个可配置流水信号处理核的状态信息处于空闲状态，则执行步骤3）；3）所述主处理核优先选取与输入信号的数据处理需求相匹配的配置的可配置流水信号处理核执行相应的运算，若没有匹配配置的可配置流水信号处理核，则主处理核任选一个空闲的可配置流水信号处理核进行重构，更新可配置流水信号处理核的状态寄存器，启动可配置流水信号处理核进行相应的运算；4）可配置流水信号处理核完成相应的运算后，更新自身的状态寄存器，同时向主处理核发中断，结束数据处理操作。

【技术特征摘要】
1.一种基于控制器流水架构的层次化信息处理方法，其特征在于包括如下步骤：1）主处理核接收输入信号，并根据输入信号的数据处理需求向下级的可配置流水信号处理核发送配置参数；2）可配置流水信号处理核接收所述配置参数，并将可配置流水信号处理核内置的状态寄存器的状态信息反馈至主处理核，若所述可配置流水信号处理核的状态信息均为忙碌状态，则主处理核处于等待状态，若所述至少有一个可配置流水信号处理核的状态信息处于空闲状态，则执行步骤3）；3）所述主处理核优先选取与输入信号的数据处理需求相匹配的配置的可配置流水信号处理核执行相应的运算，若没有匹配配置的可配置流水信号处理核，则主处理核任选一个空闲的可配置流水信号处理核进行重构，更新可配置流水信号处理核的状态寄存器，启动可配置流水信号处理核进行相应的运算；4）可配置流水信号处理核完成相应的运算后，更新自身的状态寄存器，同时向主处理核发中断，结束数据处理操作。2.根据权利要求1所述的基于控制器流水架构的层次化信息处理方法，其特征在于所述步骤3）中可配置流水信号处理核进行运算时，根据各配置参数，得到与所述配置参数对应的运算量，提供与所述配置参数相对应的运算存储资源。3.根据权利要求2所述的基于控制器流水架构的层次化信息处理方法，其特征在于可配置流水信号处理核包括三级可配置功能层：可配置应用层，通过第一可配置互连网络，将多个可配置算法层相连，形成面向固定应用的加速结...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘红兵，吕飞，李丽，李伟，秦子迪，朱德政，李晨杰，陈金锐，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32