[发明专利]基于扫描线方法的查找FPGA芯片空白区域的方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机技术领域，特别是一种查找可重构设备FPGA空白区域的方法，可用于在基于FPGA的可重构系统中查找FPGA的连续矩形区域。

背景技术

近几年来，随着可重构设备的进步与发展，基于可重构设备FPGA的计算机系统结构逐渐成为计算机中最流行的系统结构之一。FPGA可重构设备是由许多逻辑单元组成的门阵列，正确高效地分配该设备的区域供硬件任务进行配置是基于FPGA的可重构系统实现有效的资源共享、协同和保障性能的关键。当前，应用较广的基于FPGA的可重构系统大多采用一下两种：

1、楼梯查找方法SA。该算法是由Handa等人提出的，他们将最大空白矩形区域MER定义为不包含在其他它空白矩形区域的最大矩形区域。首先找到所有的最大楼梯，在这些楼梯中每个楼梯至少包含一个最大空白矩形区域MER；然后从这些楼梯中抽取出所有的最大空白矩形区域MER，组织成一系列的最大空白矩形区域MER，这样方法最大缺陷就是存在重复查找问题。

2、扫描线查找方法SLA。这种算法是一种将空白区域组织成一系列MER的算法，不同于楼梯查找算法的是它并没有查找楼梯的中间过程。

在SLA中每个硬件任务占据一个矩形区域，由四元组(x，y，w，h)表示。(x，y)是该矩形区域左下角单元的坐标，而(w，h)是该矩形用单元数来计算的宽度和高度。使用一个二维矩阵M[W+1][H]来表示该FPGA区域，如图1。如果二维矩阵的第i行第j列的元素M[i][j]所对应的单元CLB没有被使用，则M[i][j]为从该单元起向左所查找到的连续空白单元数，否则M[i][j]为0。关键单元KE是指这样的空白单元CLB：右边的单元CLB已被使用，或者是处于FPGA右边界上。一条扫描线SL包含1个或多个KE，因此有1个或多个被使用的单元CLB在其右侧。在SL上如果有一个单元CLB，它的上一单元的M值要大于它的M值并且其下单元的M值在一定区间内也是递增的，那么该CLB被称之为谷点VP。如果在该扫描线上有n个谷点，则在垂直方向上可以将其分成n+1个段。在每个段上M值最大的关键单元KE是一个最大关键单元MKE，如在图1中，第5列是一个扫描线SL，单元(5，9)和(5，6)是谷点，扫描线上的单元(5，7)和(5，3)是最大关键元素MKE。

对于每个最大关键元素MKE，以其M值到1分别作为查找宽度w，首先在该最大关键元素MKE正上方向左查找宽w的连续空白区域，如果能找到这样的区域，则继续直到找不到这样的空白区域或到达FPGA中的上界为止。并用top记录当前查找的垂直坐标。然后在该最大关键元素MKE正下方向左查找宽w的连续空白区域，如果能找到这样的区域，则继续直到找不到这样的空白区域或到达FPGA中的下界为止。并用bottom记录当前查找的垂直坐标。这样在top和bottom之间的宽w的空白区域被称为一个最大空白矩形区域MER，该最大空白矩形区域MER可以用四元组表示为(i-w+1，bottom，w，top-bottom+1)。然而，当以w-1作为查找宽度后进行查找得到的空白区域的top值和bottom值都与上一次查找相同时，则该查找所得的空白区域并不是一个最大空白矩形区域MER。图2展示了在最大关键元素MKE(5，3)处的查找过程。以w＝4作为查找宽度可得top＝4，bottom＝3，空白区域(2，3，4，2)，该区域不为任何矩形空白区域所覆盖所以它是一个最大空白矩形区域MER。而以w＝3作为查找宽度可得top＝4，bottom＝3，空白区域(3，3，3，2)，该区域为上一次查找所得的最大空白矩形区域MER所包含，所以不是一个最大空白矩形区域MER。这就是一次不必要的查找，也就是扫描线方法SLA中的冗余现象。图3展示了在最大关键元素MKE(5，7)处的查找过程。以w＝2作为查找宽度可得top＝8，bottom＝3，空白区域(4，3，2，6)，该区域不为任何矩形空白区域所覆盖，所以它是一个最大空白矩形区域MER。在图2中看到，在MKE(5，3)处以w＝2作为查找宽度同样可得最大空白矩形区域MER(4，3，2，6)，这就是SLA中的重复现象。可见，这种扫描线方法SLA虽然查找简单，灵活，容易实现。但是仍然存在冗余和重复查找的问题，因此使得整个查找过程的效率较低，进而影响基于FPGA可重构系统整体的性能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种可重构系统中查找空白区域的方法，以避免查找空白区域的重复和冗余，提高可重构系统中查找空白区域的准确性。