从20世纪80年代中期开始,VLSI技术的进步推动了现场可编程逻辑器件(如FPGA)的快速发展。目前,将传统微处理器与可编程器件集成在一起的混合式可重构计算系统正在成为主流计算系统,可重构计算也已经成为国际学术界的研究热点之一,甚至被看作是历史上第三种求算方式。 但是,以前关于混合式可重构计算系统的研究并未涉及到整合多段可重构流水阵列的情况,对可重构流水阵列的实现方法也没有做过系统的论述。本文提出一种集成有多段流水阵列的混合式可重构计算系统——MPRS(Multi-Pipeline Reconfigurable System),对其系统结构、可重构计算的执行方式以及可重构阵列的系统化实现方法进行了全面论述。 首先,文中提出MPRS的结构模型和执行模型,在此基础上建立了一个完整的混合式可重构计算系统。该系统不仅包括在系统行为层次上描述的MPRS模拟器,还包括编程环境和验证环境,为整个论文的工作提供了研究平台。文中还研究了宿主机、可重构协处理器、存储器之间的有效整合问题,分层次地设计了MPRS可重构协处理器的结构和互连网络,定义了可重构单元的配置字格式。MPRS支持虚拟阵列的实现,为此文中提出一种基于“配置片”的虚拟阵列分析和设计方法,它是设计MPRS协处理器结构时的重要参考,也是确定应用程序中输入、出数据的组织与时序的直接依据。 其次,文中初步研究了混合式可重构计算系统的设计方法,提出了面向MPRS的协同编译流程,重点讨论了可重构流水阵列的系统化实现方法。文中提出基于DGRV的映射方法,分析为实现MPRS阵列的自动化映射而必须考虑的基本问题——目标函数和约束条件,为最终实现算法到阵列的自动映射奠定了基础。进一步地,文中还针对几个典型应用问题开发了MPRS的可重构并行算法、作了编程实现,并将其与类MIPS微处理器作了性能对比,这同时也为MPRS建立起了基本的编程框架。 最后,文中还指出MPRS有待完善的方面,为进一步的研究提供了方向。