云计算-面向应用领域的可重构计算单元研究.pdf
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2022-07-03
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针对目前计算的电路实现方式的不足，本文研究了一种面向应用领域的可重
构计算方法。面向无线通信领域，以快速傅里叶变换（Ｆａｕｓｔ
Ｆｏ面ｅｒ
ＴｒａＪｌｓｆｏｍ，ＦＦＴ）
和正交频分复用系统（Ｏｎｈｏｇｏｎａｌ
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
Ｄｉｖｉｓｉｏｎ
Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＯＦＤＭ）中的码
片级处理（Ｃｌｌｉｐ
Ｒａｔｅ
Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ＣＩ冲）算法为研究切入点，设计面向无线通信领域
的可重构计算阵列。本文以ＦＰＧＡ软件流程为基础，提出了可重构计算阵列的计
算任务映射方法，并开发软件流程。计算阵列支持多种算法映射，待映射的算法
以数据流驱动，控制逻辑简单，能够以并行方式计算。本文的工作包括两部分：
（１）可重构ＦＦＴ处理器设计；（２）可重构计算阵列设计和计算任务映射方法研究。
本文研究了ＦＦＴ运算的分解方法和硬件实现架构，提出了ＲａｄｉＸ．２／２２／２３／２４
分解算法，以减少通用复数乘法器的个数，该分解方法采用平衡二叉树算法，最
小化需要存储的旋转因子的数目；针对ＦＦＴ架构中的常数乘法器，提出了一种
常数乘法器共享策略，并基于可重构多常数乘法（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ
Ｍｕｌｔｉｐｌｅ
ＣｉｏｌｌｓｔａＩｌｔ
Ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ＲＭＣＭ）和多常数乘法（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ
Ｃｏｎｓｔａｎｔ
Ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ，
ＭＣＭ），给出了面积优化的共享常数乘法器实现。本文采用Ｒａｄｉｘ．２／２２／２３／２４分解
和常数乘法器共享策略提出可重构ＦＦＴ处理器结构，支持１２８点～８１９２点ＦＦＴ
运算。为验证ＦＦＴ结构，本文设计了面向ＤＶＢ．删（ＤｉｇｉｔａｌⅥｄｅｏ
ＢｒｏａｄｃａＳｔｉｎｇ
．Ｔｅｎ．ｅｓｔｒｉ孔，Ｈ觚ｄｈｅｌｄ）应用的ＦＦＴ处理器。在可重构ＦＦＴ处理器的基础上，本文
研究了ＵＭＴＳ（Ｕ１１ｉｖｅｒｓａｌ
Ｍｏｂｉｌｅ
ＴｅｌｅｃｏｍｍｕＩｌｉｃａｔｉｏｎ
ＳｙＳｔｅｍ）系统的ＣＲＰ算法，经
过算法分析，提取粗粒度的基本运算集合。针对基本运算设计基本计算电路，通
过互连单元连接基本计算电路组成可重构计算节点（ＴＩＬＥ），与可重构存储器和配
置电路组成可重构计算阵列。
可重构ＦＦＴ处理器设计采用ＳＭＩＣ０．１３ｕｍ工艺，支持ＤＶＢ．删应用，最高
工作频率为３４ＭＨｚ，不考虑存储器面积，数据通路面积为３８Ｋ等效逻辑门。可
重构计算阵列支持１２８．８Ｋ点ＦＦＴ和ＣＩ冲算法映射。针对可重构计算阵列的任
务映射，本文提出了基于ＦＰＧＡ映射方法的任务映射流程，对计算阵列中基本计
算电路进行建模，生成配置位流，写入计算阵列完成算法映射。
关键字：可重构计算快速傅里叶变换码片级处理计算阵列计算任务映射
中图法分类：ＴＮ４７
Ｉｌｌ
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