《面向多核系統的可重構計算研究》以集成可重構器件的多核系統為基礎，提出面向多核系統的可重構計算框架，并以此為支撐開展相關的研究，給出對應的設計與驗證分析。面向多核系統的可重構計算，從可重構器件片上面積管理與配置優化、可重構器件支持的軟硬件線程、可重構多核處理器體系結構、多核架構上可重構任務的系統支持、約束驅動的可重構加速核性能資源優化、面向片上網絡的擴展等方面進行了研究與探索。多核系統中所集成的可重構計算研究，通過可重構配置來實現計算任務的靈活處理，并通過配置出的硬件來完成特定的計算任務，提高片上可重構資源的利用效率，改善軟硬件資源的利用方式，擴展了可重構多核處理器結構設計方法，改進了可重構任務的動態管理效率，實現了性能和可重構資源的平衡，探索了片上網絡多核系統中的資源利用，充分發揮了可重構器件的靈活性和計算能力，從而提高多核系統的整體性能。
《面向多核系統的可重構計算研究》可供從事計算機系統結構、可重構計算和多核計算研究的科研人員、教師、工程師參考。
半導體技術的進步和應用對計算能力的需求，持續推動著計算機體系結構的發展。當前主流的多核處理器仍然是為通用計算任務設計，盡管單芯片上所集成的通用處理器核數量不斷增加，仍然難以滿足計算密集型的高性能計算需求。將定制的ASIC加速核集成到多核處理器上是解決某些特定應用需求的方法，能夠滿足部分應用所需的計算能力。但是由于ASIC加速核只能對特定應用進行加速，缺少足夠的靈活性。而可重構器件具有定制化和可重配置的雙重優勢，既可以獲得高于通用處理器核的計算性能，又可以通過重配置來獲得靈活性，同時可重構器件在動態局部重構、多配置上下文結構等方面的發展也為其帶來更高的擴展性和實用性。
具有可重構器件的處理器由通用處理器核與可重構器件共同構成。由于可重構器件所帶來的靈活性和面向應用的高性能，目前對可重構計算，已經以“單核十可重構器件”的方式開展研究。當片上集成了多個處理器核時，可重構處理器的體系結構遠較單核復雜，因此，以傳統單核可重構處理器的可重構計算研究已經不能滿足多核系統的要求。多核可重構系統中，多個通用處理器核與可重構器件之間的通信和交互方式與單核結構具有較大的區別。要對請求進行高效的影響，能夠高效地完成計算任務，提高可重構資源的管理效率，就需要對多核可重構系統進行探索。此外，在多核以片上網絡形式存在，還需要進一步探索以片上網絡支持的體系結構中計算效率與可重構的設計。因此，本書以多核可重構體系結構的發展趨勢為基礎，研究如何在現有多核處理器體系中擴展集成可重構處理單元、在該擴展結構上可重構處理單元的運行時支持和可重構任務管理調度，以及多可重構功能核實現間面積和性能平衡的優化選取。本書主要從以下6個方面進行了研究。
（1）提出了可重構器件片上面積管理與配置優化方法，建立了器件模型和任務模型，通過頂點的插入與刪除來進行片上面積的管理，以較低的代價來實現硬件任務的快速面積分配與回收，提高可重構器件的利用效率。通過將配置過程流水化，來提高配置效率，從而提高系統性能。
（2）提出了面向可重構器件的軟硬件混合線程模型，將可分配到可重構器件執行的計算任務構建為硬件線程，通過庫來進行硬件線程的創建與管理，通過硬件調度器來實現硬件線程的調度，從而能夠更為高效地利用可重構器件，并實現軟件系統與可重構器件的協同。
（3）建立了可重構多核處理器結構模型，通過分析可重構處理單元執行效率的影響因素，得到可重構多核處理器結構的設計原則，并在此指導下設計了一種可重構多核處理器結構，包括通用處理核的擴展、互連結構設計、可重構處理單元設計以及可重構處理單元管理器設計。
（4）提出了執行與配置分離的處理模式，在提高可重構功能核的執行效率的同時避免過度頻繁的管理調度，降低系統開銷；并且在考慮可重構資源的單位面積利用效率的情況下，提出了3種可重構任務動態調度算法。
（5）針對相同功能的可重構功能核存在多種實現的情況，提出了系統性能約束驅動的功能核實現優化選取方法，目的是達到性能和可重構資源的平衡，充分發揮功能核性能并避免資源浪費。
（6）針對片上網絡多核系統開展了擴展研究。提出了局部總線混合片上網絡結構、片上網絡中可重配置的連線結構以及面向低功耗的片上網絡多線程映射算法，目的是通過對片上網絡體系結構和線程映射的研究，探索在眾核環境下計算性能和網絡性能的改善和提升。
本書所開展的面向多核的可重構計算研究，以“多個通用核十可重構器件”為基本的體系結構，通過可重構器件的片上面積管理和配置優化、基于可重構的硬件線程、可重構多核處理器體系結構、可重構多核系統中的可重構任務系統支持、約束驅動的可重構加速核性能資源優化、基于片上網絡的擴展等方面，對多核架構上的可重構計算進行了研究，給出了相應的解決方案，提升了多核可重構計算系統的性能，有效推動了可重構器件在多核處理器上的進一步研究和應用。
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第1章 緒論
1．1 處理器體系結構的發展
1．2 可重構計算發展
1．3 可重構計算的優勢
1．4 面向多核系統的可重構計算的研究意義
第2章 多核體系結構與可重構計算進展
2．1 多核體系結構研究進展
2．1．1 片上多處理器體系結構
2．1．2 片上互連結構
2．2 可重構硬件研究進展
2．2．1 可重構器件
2．2．2 動態重配置模式
2．2．3 多上下文可重構硬件
2．3 可重構處理器體系研究進展
2．3．1 單通用核可重構處理器
2．3．2 可重構多核處理器結構
2．4 軟硬件任務運行時環境研究進展
2．4．1 可重構器件空間管理
2．4．2 軟硬件任務模型
2．4．3 硬件任務調度管理研究進展
2．5 重配置代價優化研究進展
2．5．1 配置緩存
2．5．2 配置預取
2．5．3 局部可重構系統中重定位和碎片整理
2．5．4 配置壓縮
2．6 面向片上網絡多核系統的研究進展
2．6．1 片上網絡基本拓撲結構
2．6．2 片上網絡的結構優化研究進展
2．6．3 片上網絡的I/O研究進展
2．7 目前研究存在的問題
第3章 面向多核系統的可重構計算研究概述
3．1 整體研究框架
3．2 研究內容概述
3．2．1 可重構器件片上面積管理
3．2．2 面向可重構計算的硬件線程
3．2．3 可重構多核處理器體系結構
3．2．4 多核架構上可重構任務的系統支持
3．2．5 約束驅動的可重構加速核性能面積優化
3．2．6 面向片上網絡的擴展研究
3．3 性能分析
3．3．1 性能分析內容
3．3．2 實驗與驗證方法
3．3．3 系統模擬平臺擴展
3．3．4 硬件加速核的驗證平臺
3．3．5 操作系統和應用程序修改
第4章 可重構器件空間管理與配置優化
4．1 可重構器件模型
4．2 可重構器件上的任務模型
4．3 空閑空間管理方法
4．3．1 候選位置
4．3．2 可用候選位置
4．3．3 任務的插入
4．3．4 任務的清除
4．3．5 算法描述
4．4 流水化配置優化
4．4．1 重配置疊加與流水
4．4．2 中間數據緩沖
4．5 驗證與分析
4．5．1 分配質量分析
4．5．2 計算復雜度
4．5．3 流水化配置優化驗證與分析
第5章 基于可重構計算的硬件線程
5．1 混合架構模型
5．2 硬件線程模型
……
第6章 可重構多核處理器結構設計
第7章 多核架構上可重構任務的系統支持
第8章 約束驅動的可重構加速核性能資源優化
第9章 面向片上互連的擴展研究
參考文獻
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