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FPGA(Field Programmable Gate Arrays,现场可编程门阵列)是一种可编程的芯片,用户可以用自己编写的程序配置FPGA,从而实现预定的逻辑功能。FPGA可以解决电子系统小型化、低功耗、高可靠性等问题,而且它的开发周期相对较短,开发成本不断降低,促使FPGA越来越多地取代了ASIC的市场,在SoC、DSP、系统模拟验证和可重构计算等领域得到了广泛的应用,尤其在可重构计算领域中的作用是不可替代的。如今FPGA动态可重构功能正引起越来越多的关注,所谓动态可重构,是指在FPGA运行时改变逻辑配置。动态可重构使得FPGA在具有更高的灵活性,并且扩宽了FPGA的应用范围,因此研究FPGA的动态可重构技术具有重要的意义。本文针对动态可重构,尤其是基于网络的动态可重构展开研究。针对目前已有的基于网络的动态可重构开发和使用不便、安全性不足的缺点,本文提出了一种基于网络的动态可重构技术,具有通用、灵活、可靠和安全等的特点。
本文首先对FPGA和动态可重构技术进行了背景介绍,并着重介绍了两种动态可重构开发方法:基于模块的动态可重构技术和基于差异的动态可重构技术,就两种方法的优缺点和适用范围进行了比较。为了提高基于模块的动态可重构的时序性能,本文对其开发流程提出了改进措施。
本文分析了基于网络的动态可重构技术所要考虑的因素,针对性的提出了基于网络的可重构架构,在具体实施中采用Client—Server模式,FPGA端采用软硬协同工作机制,FPGA内嵌入式处理器核作为配置控制器,嵌入式Linux作为软件层操作系统,增加了系统的通用、灵活和可靠性。
为了实现基于网络的可重构的FGPA端自配置,本文利用软硬协同工作机制,提出了FPGA结合嵌入式Linux的自配置平台方案。嵌入式Linux运行在PowerPC硬核之上,管理部分FPGA资源,包括内部配置端口。嵌入式Linux可灵活的管理配置进程,决定配置的时机,启动自我配置后,将配置文件写入内部配置端口,从而实现动态自配置。
为了解决基于网络配置中的安全性问题,本文分析了网络环境下对FPGA进行可重构所面临的安全性挑战,利用已有的安全性算法,提出了综合认证、加密和校验的方案保证配置安全。