[发明专利]一种基于多级流水线的可编程存算一体加速阵列

权利要求书

1.一种基于多级流水线的可编程存算一体加速阵列，其特征在于，包括多个可编程阵列模块和一个电源时钟管理单元，可编程阵列模块和电源时钟管理单元通过管理总线连接；多个可编程阵列模块被连接资源线分割成网格，每个可编程阵列模块之间由连线资源连接；

连线资源由许多金属线段构成，连线资源分为单长线和双长线，空间上相邻的两个可编程阵列模块通过单长线连接，不相邻的可编程阵列模块通过双长线连接，不同网格的单长线或者双长线通过矩阵开关相互连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于多级流水线的可编程存算一体加速阵列，其特征在于，所述可编程阵列模块内部由输入和输出接口、多个计算单元、多个存储单元、内部连线资源、电源控制单元和延迟单元组成；输入和输出接口实现系统时钟的输入输出，实现模块级的流水作业信号输入输出，以及数据的输入输出；输入和输出接口、计算单元和存储单元之间通过内部连接资源线相连；电源控制单元用于接收电源时钟管理单元发送的控制信号，控制可编程阵列模块内部的电源启闭；延迟单元用于对输入的系统时钟信号进行分频延迟；

一个计算单元能够访问一个或多个存储单元，一个存储单元只允许一个计算单元访问。

3.根据权利要求2所述的一种基于多级流水线的可编程存算一体加速阵列，其特征在于，所述可编程阵列模块内，单个存算一体单元通过系统时钟、流水作业信号控制计算单元的运算时机；在所有的存算单元中，约定计算单元的计算周期均为m个系统时钟周期，通过延迟单元生成计算时钟，约定计算时钟上升沿对计算输入和流水作业输入信号进行采样，下降沿进行计算输出和流水作业信号输出；所有存算单元的计算输出信号均能够和另外的存算单元的计算输出信号连接，所有存算单元的流水作业信号均能够和另外的存算单元的流水作业信号连接；通过流水作业信号和系统时钟信号使存算单元在每个计算时钟周期上都能执行计算，并能通知下一级存算单元在下一个计算周期继续计算。

4.根据权利要求2所述的一种基于多级流水线的可编程存算一体加速阵列，其特征在于，所述储存单元的数据宽度应大于或等于数据输入宽度加乘法系数的宽度再加1。

5.根据权利要求2所述的一种基于多级流水线的可编程存算一体加速阵列，其特征在于，所述电源控制单元通过总线连接电源时钟管理单元，总线由一个时钟线和一个数据线构成，时钟和数据线空闲状态为高电平；

总线通信协议采用地址加数据的格式进行发送，启动信号为数据线低电平时，时钟线产生下降沿；确认信号为电源时钟管理单元发送地址信号或者数据信号后，由电源控制单元在时钟上升沿拉低数据线；停止信号为数据线低电平时，时钟线产生上升沿；

其中地址信号为32位，高16位为可编程块阵列的网格坐标的x坐标，低16位为网格坐标的y坐标；数据位为8位，当为0时表示关闭可编程阵列模块的电源，当为1时表示打开可编程阵列模块的电源；只允许电源时钟管理单元向电源控制单元发起通信，不允许电源控制单元向电源时钟管理单元发起通信请求；

可编程阵列模块的电源输入端使能控制信号由电源控制单元进行控制，用于控制每个可编程阵列模块的电源。

6.根据权利要求1所述的一种基于多级流水线的可编程存算一体加速阵列，其特征在于，所述矩阵开关通过选通晶体管实现水平金属线和垂直金属线的选择性连接，每一根水平金属线和垂直金属线相交处设置一个选通晶体管。