FPGA的重构方式

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根据重构的方法不同，FPGA的重构可分为静态重构和动态重构两种，前者是指在系统空闲期间进行在线编程，即断开先前的电路功能后，重新下载存贮器中不同的目标数据来改变目标系统逻辑功能。常规SRAM FPGA都可实现静态重构。后者则是指在系统实时运行中对FPGA芯片进行动态配置（即在改变电路功能的同时仍然保持电路的工作状态），使其全部或部分逻辑资源实现在系统的高速的功能变换和时分复用。动态重构技术需要特定的基于SRAM或FLASH结构的新型FPGA的支持。随着其产品和技术的相对成熟，动态重构FPGA的设计理论和设计方法已经逐渐成为新的研究热点。

　　根据实现重构的面积不同，可重构FPGA又可以分为全局重构和局部重构。

　　（1）全局重构：对FPGA器件或系统能且只能进行全部的重新配置，在配置过程中，计算的中间结果必须取出存放在额外的存储区，直到新的配置功能全部下载完为止。重构前后电路相互独立，没有关联。通常，可以给FPGA串连一个EPROM来存储配置数据，实现前后功能的转化。常规基于SRAM的FPGA的静态重构均为全局重构。

　　（2）局部重构：对重构器件或系统的一部分进行重新配置，重构过程中，其余部分的工作状态不受影响。这种重构方式减小了重构范围和单元数目，FPGA的重构时间大大缩短，占有相当的速度优势。应用FPGA动态部分重构功能使硬件设计更加灵活，可用于硬件的远程升级、系统容错和演化硬件以及通信平台设计等。动态部分重构可以通过两种方法实现：基于模块化的设计方法（Module-Based Partial Reconfiguration）和基于差别的设计方法（Difference-Based Partial Reconfiguration）。

　　显然，动态重构比静态重构优越，因为静态重构将整个内部的逻辑单元都重新配置，此时FPGA被挂起不能执行正常操作，重构完成后才能恢复工作，影响系统实时性。动态重构在系统运行中能实时全部或部分重构，且不中断正常逻辑输出，因而更有灵活性和高速度。

　　大多数FPGA都是基于LUT查找表结构，它们只适用于静态重构，通过向LUT一次下载全部配置数据而设定FPGA的逻辑功能。根据FPGA的容量不同、配置方式不同，全部重构时间为几ms到几秒不等。

　　对于常规FPGA来说，重载方式多种多样。在系统调试阶段，一般是通过JTAG电缆从主机下载配置数据，调试结束后正式运行时一般是将配置数据放在串行PROM中，上电时向FPGA加载逻辑。但对于系统实际运行还有一些更快更灵活的配置方式，可以缩短FPGA的重构时间，实现灵活重构。如ALTERA公司的FPGA可采用串行被动（PS）方式配置，对于2万逻辑门规模的EP1K10配置数据为20KB，在30MHz的配置时钟下只要5ms即可全部重构。这个速度虽然比不上动态配置的FPGA，但也比JTAG下载、串行PROM配置方式快多了，姑且称之为准动态重构（bogus dynamic restructuring）。而且在许多系统中FPGA并不时刻都在工作，而是以一定的重复频率执行任务，只要在FPGA的空闲时间来得及对其进行重新配置，那么在系统宏观的角度就可以认为是动态配置的，即实时重构。