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EP1974265A1 - Hardwaredefinitionsverfahren - Google Patents

Hardwaredefinitionsverfahren

Info

Publication number
EP1974265A1
EP1974265A1 EP07702834A EP07702834A EP1974265A1 EP 1974265 A1 EP1974265 A1 EP 1974265A1 EP 07702834 A EP07702834 A EP 07702834A EP 07702834 A EP07702834 A EP 07702834A EP 1974265 A1 EP1974265 A1 EP 1974265A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hardware
data
registers
paes
pae
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP07702834A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Vorbach
Frank May
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PACT XPP Technologies AG
Original Assignee
PACT XPP Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by PACT XPP Technologies AG filed Critical PACT XPP Technologies AG
Priority to EP07702834A priority Critical patent/EP1974265A1/de
Publication of EP1974265A1 publication Critical patent/EP1974265A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/30—Circuit design
    • G06F30/34—Circuit design for reconfigurable circuits, e.g. field programmable gate arrays [FPGA] or programmable logic devices [PLD]
    • G06F30/343—Logical level
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/30—Circuit design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/30—Circuit design
    • G06F30/34—Circuit design for reconfigurable circuits, e.g. field programmable gate arrays [FPGA] or programmable logic devices [PLD]

Definitions

  • the present invention relates to the preamble and thus deals with a preferably reconfigurable architecture, or a preferably partially reconfigurable architecture, and a method for programming a cell array, wherein the elements of the array can perform a number of different functions, in particular one Variety of features that a general-purpose processor is obtained.
  • a reconfigurable architecture is understood in the broadest sense to mean an architecture in which at least one of elements of networks of data processing, storing and / or forwarding elements or elements itself is changeable;
  • a dynamically reconfigurable architecture is understood to mean the concept of reconfigurable architecture, as long as nothing else results from the respective context of meaning.
  • Dynamic may mean that it can be reconfigured at a rate that allows full and / or partial reconfiguration at run time; the reconfiguration can therefore take place for all cell elements, connecting elements etc. of a field, only for a subgroup of a field and / or for a single element of the field.
  • Reconfiguration may, and for the purpose of disclosure, refer to prior patent documents of the Applicant, all of which are incorporated in their entirety
  • the cell-to-cell direct data connection may alternatively and / or in addition to connecting multiple cells together by connecting to longer areas extending over extended portions of the field and / or with a reconfiguration entity and / or external entities such as data storage , Data sources and / or data receivers.
  • data receivers or sources may be, for example, displays, data interfaces, external (host) processors, co-processors, microcontrollers and / or on-chip sequencer units and the like.
  • Reconfiguration information may e.g. B. also be transmitted together with the data, eg. B. also interleaved in data words of a longer data packet, in any case, the data exchange between the cell elements can be done in a-synchronous manner anyway.
  • the transfer of configuration data from cell to cell can be done by transferring Licher configuration words for configuring a configurable cell element done and / or by transmission of triggers, in particular in trigger vector form, which is selected with these triggers between a plurality of still to be fed and / or already fed configurations for the trigger vector target receiver cell element ,
  • Hierarchical structures which can be constructed with and for processor fields of the present type, be it for configuration data and / or data to be processed, should be noted. It should be mentioned that trigger vectors can also be interposed in a data stream in order to select between a multiplicity of different, in particular previously stored, configurations in the manner of a configuration ID. If possible, consider several configurations on a configurable cell element in a time-mixing manner, as suggested, for example, in PCT / EP 02/02402 (PACT25 / PCTE), all of which are to the present assignee, supra In a preferred manner, it may be possible to also send information to cell elements during the data transmission, which relate to the affiliation of a data packet with a specific task to be processed.
  • a currently considered reconfigurable architecture for which a specific program is to be compiled is a (fully) homogeneous field in which, for example, as in the known XPP Applicant, a plurality of cells is provided with in particular segmented buses therebetween, wherein the cells may be A-LUs, some with extended functionality (EALUs), compare PCT / DE 97/02949 (PACTO2 / PCT) but not mandatory, and wherein on both sides of the ALU with the input and output buses coupled (multi-stage) register units may be provided, cf. B.
  • EALUs extended functionality
  • PACTO2 / PCT compare PCT / DE 97/02949
  • multi-stage register units may be provided, cf. B.
  • the communication of the cell elements is thereby preferably subjected to protocols, as described by the Applicant in connection with the XPP architecture. Mention should be made, in particular, of the RDY / ACK protocol, the RDY / ABLE protocol from PCT / DE 03/00489 (PACT16 / PCTD) and the other protocols described there, such as CREDIT protocols, etc., eg. B. Protocols with Rej ect option. The fact that the applicant has already indicated in previous applications that any received but no longer needed data packets can be discarded, is also mentioned. Mentioned here only by way of example also fully for other purposes, such as for applications with respect to the reconfigurable architecture, for example in connection with hyperthreading, processor coupling, etc. relevant PCT / EP 2004/003603 (PACT50 / PCTE), which are considered to be fully incorporated for purposes of disclosure is.
  • the cell elements may be formed and / or comprise in particular as ALU-PAEs EALU-PAEs, RAM-PAEs, RAM + ALU-PAEs, function-folding PAEs, cf. DE 10 2005 005 766.7, DE 10 2005 010 846.6, DE 10 2005 014 860.3, DE 10 2005 023 785.1, EP 05 005 832.0, EP 05 019 296.2, EP 05 020 297.7, EP 05 020 772.9, (PACT62 ff), graph-folding PAEs, sequencer structures connected via command lines, and PAEs in addition to a configurable or adjustable one Unit such as an ALU, a memory such as ring memory and the like, especially those with multiple pointers, etc., also fixed in their function once defined parts, such as FPGA-type logic circuits that are fixed, FPGA-like, only rarely and preferably without recourse to preferred, in particular faster configuration method reconfigurable groups and / or logic components in their functionality such as
  • the ASIC-like logic circuits that may be included in the cell elements may refer to fixed functions such as ASIC-type programmed DCT algorithms, FIR or IIR filters, VITERBI algorithms, etc., which are useful for various applications such as in General purpose processors, general purpose co-processors, microcontrollers, sequencers, image processing and / or processing such as for HDTV, cameras, base stations, mobile phones, software-definded radio, smart antennas, CODECs and / or parts thereof , may be of importance.
  • FIG. 1 shows a known method of creating and programming a reconfigurable architecture in the sense of the above remarks.
  • a library is provided which includes modules for a larger chip, including, but not limited to, an ALU-PAE definition, a RAMPACE definition, and so forth.
  • modules for a larger chip including, but not limited to, an ALU-PAE definition, a RAMPACE definition, and so forth.
  • a library is provided for a number of programs (software parts) in a language such as NML, this particular language, as mentioned, being known from other publications of the Applicant.
  • a program is written using such library software parts, and, apparently, software parts not included in the library may additionally and / or exclusively be used.
  • the program is then compiled, with compilation here to include placement and routing as required. To do this, the compiler needs information related to the actual target hardware design; the compiler has such information too.
  • the compiler generated configuration (s) will then be run as runtime configuration on the hardware.
  • the object of the present invention is to provide new products for commercial use.
  • FIG. 1 shows a procedure according to the prior art
  • FIG. 2 shows an inventively improved method for creating and / or programming hardware
  • Fig. 2 shows, as will be explained below, essentially parts of the design flow, as they are also known in Fig. 1 of the prior art, supplements and extends or changes this but in an inventive manner.
  • This program can be written in conventional high-level languages such as C ++, JAVA, MATLAB and so on.
  • C ++ C ++
  • JAVA JAVA
  • MATLAB MATLAB
  • a quasi-maximum-free hyperset that is to say a superset of possible hardware objects, which can comprise a plurality of variants of individual objects, wherein these variants are, for example, also preferred Parameter distinguishable manner from each other in one or more properties, as translated per se known translated.
  • a quasi-maximum-free hyperset that is to say a superset of possible hardware objects, which can comprise a plurality of variants of individual objects, wherein these variants are, for example, also preferred Parameter distinguishable manner from each other in one or more properties, as translated per se known translated.
  • the modules in the library may be intended for parameterized or parameterizable elements of the hyperset and, as well as the translation described above as done by the transform compiler, both completely and / or partially manufac tured by machine as well as optionally on request - hurry coding can happen. It should be mentioned that the use of modules in machine and / or manual translation is not mandatory.
  • the parameterization can be carried out interactively by a programmer, in particular by interaction with a placement and route tool, but possibly also fully automatically proposed by the programmer and if necessary only confirmed and / or determined without confirmation.
  • heuristic methods if appropriate also interactively and / or under the control and regulation of a placement and routing tool are possible.
  • an iterative approach can be done using the placement and route or other tool in the programming and hardware definition environment; It should be noted that such iterations can be carried out manually, semi-automatically and / or alternatively and more preferably fully automatically.
  • the heuristic can be used to specify desired sizes which are to be achieved with the iteration, for example by trial and error.
  • the methods of "simulated annealing" are explicitly referred to in this context for disclosure purposes.
  • quasimaximal free means for the hypermenge that the number of restrictions on generally available objects is as small as possible, that is, a maximum of degrees of freedom remain. Restrictions may be due to certain factors such.
  • the quasi-maxi- mum hyperset only has to contain one PAE that can be pam- eterized to a large extent and in many parameters, from which many different PAEs can be derived under parameterization ,
  • the final result is thus a program of a plurality of function blocks, which are indicated in FIG. 2 as f (n) for different n.
  • program parts may and will be configurations or configuration parts or a single configuration for an XPP field or the like from an at least partially reconfigurable set of elements described or to be described in the hyperset, in particular fully parameterizable under parameterization, such as ALU-PAEs, charting PAEs, function PAEs, MAC-PAEs, RAM-PAEs, ROP-PAEs and / or input-output PAEs.
  • Selection of program parts by hand which can be done in particular by inserting suitable text in the program code, such. By inserting control characters; Selection of those program parts which occur particularly frequently in the entire program code and / or have to be executed or are supposed to be executed in a large number of program codes which are to be executed independently on the hardware to be produced, that is to say Execution duration and / or frequency;
  • Modules where it can be seen that they are otherwise difficult or with increased clock frequency compared to other elements executable, that is, program parts that prove to be performance critical; the selection of such program parts may be preferred in order to to be able to execute certain program parts on a specific piece of hardware;
  • the selected program parts are initially on the already known and in the hyperset existing PAEs, which can also include PAEs in addition to the previously listed PAEs, consisting of a combination of the functionalities of the previously listed PAEs, so for example a paramet- rable or parameterized PAE with a configurable amount of parameterizable bit width and parameterizable range of functions, whereby further graph-folding, parameterizable elements may belong to this PAE, as well as function-folding, parameterizable elements which can be parameterized with regard to the bit width and / or in particular configurable memory areas with pointers and / or command control lines from one or more ALUs, or other data-changing parts in the PAE, to implement sequencers or microprocessors, input-output elements, and the like.
  • PAEs in addition to the previously listed PAEs, consisting of a combination of the functionalities of the previously listed PAEs, so for example a paramet- rable or parameterized PAE with a configurable amount of parameter
  • the buses are each k-bit wide, with k again representing a parameter, and n different buses are provided, from which the m different inputs are tapped. Also, n, the total number of buses, sets one In the exemplary embodiment of FIG.
  • a divider with combinatorial network for example, a multiplier, an ALU stage, a Boolean logic, a barrel shift stage (barrel shifter) are represented within the PAE by way of example
  • the above-mentioned units themselves are in turn parameterizable, for example with respect to the operand width, that is to say they may be, for example, 8-bit, 16-bit, 32-bit Bitwise or 64-bit stages or levels also obviously have a different bit width, and moreover the functional scope of, for example, the ALU, the flow point unit, etc. can be defined by parameters; agreed, omitted elements that might also be present in a hyper-PAE, such as sequencer units, function-folding PAEs, cf.
  • PCT / EP 03/09957 can be provided; It should also be noted in this context that reference is made in particular to the prior applications of the present applicant, in which a multiplicity of different logic elements as well as FPGA-type structures, SIMD arithmetic units etc. for PAEs are disclosed; this disclosure is fully incorporated.
  • the parameterizable range of functions it is possible, for example only in the case of the flux point unit, to be a floating-point unit which is capable of at least one, preferably a plurality of the following combinations in the still parameterizable definition: multiplication, addition, subtraction, division, floating-point combination, look-up tables, optionally with interpolation option for certain Functions such as trigonometric (sine, cosine, tangent), sequential calculations as for Taylor series, where special hardware may be provided for certain approximations / interpolations, and preferably further a parameterization of the floating point unit with respect to the data word width in Mantissa and / or exponent can be provided.
  • Functions such as trigonometric (sine, cosine, tangent)
  • Taylor series where special hardware may be provided for certain approximations / interpolations, and preferably further a parameterization of the floating point unit with respect to the data word width in Mantissa and / or exponent can be provided.
  • a parameterizable library for such a hyper-PAE may refer to a procedure using so-called if-def constructs. These lead certain program sections only to a translation (in hardware circuits that are actually to be provided on a chip), provided that corresponding definitions, for example by specifying the parameters, for example the range of functions, are given. That this is also possible for sizes and elements of the hyper-PAE, such as the configuration registers which are also provided at different depths, if appropriate, the protocols that can be implemented on a PAE (compare RDY / ACK, credit protocols, RDY / ABLE, etc.) as well as the parameterization of an output, different multiplexer stages in a PAE etc.
  • hyper-PAEs in the definition of the program parts, which are then used to implement hardware modules, proves surprisingly as not disturbing for the converter to hardware code. This is due to the fact that certain parameterizable properties, such as the bit width of the PAE, are already to be specified when determining the actual program for the transformation compiler, while other properties, such as the actual functional scope, ie the provision of a divider stage , a multiplier stage, an adder stage and / or a subtraction stage in an ALU-PAE need not yet be determined.
  • the quasi-maximum-free hyperset is set to a parameterized and / or Partially reduced Hyperteilmenge reduced, in particular less degrees of freedom are given, so must not be modified.
  • the bus widths to the cells can already be specified;
  • the NML-VERILOG converter or, more generally, the hardware-language description-generating converter are provided with the parameters already defined, for example, during the transformation compilation, which is indicated by corresponding statements in the program parts, for example Form of comment lines and / or by means of separate, • separate from the actual program part data can be done.
  • the transformation compiler is thus designed to generate parameterization information of hardware to be based on it. In contrast to conventional compilers, it also generates hardware-descriptive code that describes degrees of freedom.
  • the removal can not be done in a configuration of required elements in a PAE by the NML2V converter, that is in the isomorphic hardware simplification means, and / or that the selection of hardware elements to be removed is not made by synthesis can be.
  • the configuration register does not necessarily have to contain only a constant value, as is the case for better clarity. B. was shown. Rather, it is particularly when the hardware module waveartige changes or reconfigurations of the operation and / or conditional changes in the operation of a single element, such as depending on above or below data processing levels are required, several possible configurations can be stored in the configuration register.
  • the hardware module can also be defined so that freely definable configurations can still be processed on the defined hardware module, whereby these freely definable configurations then access a reduced set of functions in each individual element and / or limited connectivity between the individual elements of the hardware module defined in this way can be provided, for example, only in the case of neighbor-neighbor connections instead of global bus connections extending over many cells, although a multi-dimensional, that is also possibly significantly above two-dimensional connectivity and / or or a toroidal, also multi-dimensional toroidal connectivity can be implemented.
  • the preferably automatically generated hardware description code of the NMLV2 converter is now optimized in a particularly preferred variant of the invention.
  • the registers, linking units etc. which are not required for the respective functionality, are omitted in a parameterisable PII can be;
  • PCT / EP 03/08080 PACT30 / PCTE
  • PCT / EP 03/08081 PACT33 / PCTE
  • PAE-defintion encapsulated functional parts result. However, this is by no means critical, but on the contrary, with a suitably intelligent design chain, even very beneficial.
  • the proposed design chain according to the invention inherently has the intelligent design, which requires the elaborate encapsulation, which is required in the prior art.
  • for. B. first removes the internal, ie between the cells considered at their transitions to each other lying registers. The removal of the registers, however, does not happen blindly to all registers, but rather takes place more specifically, preferably without further automated selection of registers which are removable or which must remain in the hardware piece.
  • the hardware piece should first contain • constants.
  • registers for pre-loading of values PRELOAD register
  • Additional registers are initially not needed in a given process implementation.
  • bus registers can be readily used, feeding / reading data into RAM-PAEs with sufficient memory depth is possible and / or reading in / out of data in pre-load memory, if any - required, or the provision of input-output registers at the end and at the beginning of the hardware piece, unless the long-known FORWARD BACKWARD Register also for purposes of use by other PAEs should be made available. Constant contents of RAMs are realized in a preferred embodiment by ROMs or mapped to such.
  • the balancing would normally be or could be done by providing register levels between different data processing functionalities in or between the PAEs, etc.
  • the balancing would normally be or could be done by providing register levels between different data processing functionalities in or between the PAEs, etc.
  • the Hyper-PAE even with a given parameterization, will usually still have features that are not needed in the hardware module. For example, it would be conceivable that a hardware module is written for a program part in which no divisions are needed at all. In this case, a divider stage in a PAE would be dispensable. A division now requires a specific delay, ie a runtime via the module. This will be significantly greater than about the duration of an adder stage. The primary data runtime compensation of the parameterized or hyper-PAE will be such that the runtimes of a divider stage are taken into account.
  • a divider stage is no longer needed in a hardware module at a certain point, such an unneeded unit can and will preferably also be removed from the PAE, which then alters the delay of the data run by the unit.
  • the hardware module should also be adapted for re-timing. In principle, it should be noted that this is not absolutely necessary.
  • a certain advantage is already obtained if between the individual stages of a hardware composed of several hyper PAEs. module unused register stages are removed; in the preferred case, however, unnecessary parts are removed from the hyper PAEs, which can happen during the synthesis, such as. For example, the predisposed removal of a divider stage, but other stages such as storage stage elements, multipliers, floating point units, etc., are optionally removable.
  • a synthesis is preferably carried out, with which the timing behavior is analyzed automatically, in order to then automatically insert registers at required points and / or to give indications of where a programmer should insert registers in order to ensure a proper timing behavior.
  • the non-removal can z. This can be caused, for example, by references in the hardware-defining code of the hyper-PAE, which can lead to comments that are not necessary for actual program purposes and into a compiler code of the transformation compiler; alternatively and / or additionally saind variants are conceivable in which only removed and can be subsequently inserted again.
  • an identification of the hyper-PAEs can be made as to whether certain registers are algorithmically required so that they are not automatically removed upon initial removal of the registers; alternatively and / or additionally, in the removal of redundant registers, analyzes may be performed so that registers with a feedback to upstream circuit areas are not removed. In fact, such registers are automatically algorithmically relevant.
  • algorithmically needed registers are removable if the algorithm to which they are to be assigned is not executed; this is the case in the case of a sequential division generally provided in a hyper-PAE, if the division per se is not implemented in the hardware module to be built.
  • feedbacks in the standard PAEs provided by the Applicant are implemented by backward registers. As far as they are actually needed in a given program part, it is advantageous not to remove them or not unchecked and / or not completely.
  • registers are inserted with the re-timer. It should be mentioned that it is possible in principle, the Use registers anywhere in the hardware module as needed. In particular, it is possible to use registers within a (parameterized) hyper-PAE provided in the hardware module, if only performance-efficient care must be taken. It should be noted, however, that a simpler method of register insertion is obtained when the registers or a part of those registers which were first removed are re-inserted at the interfaces between several hyper PAEs in the hardware module to be designed. The reason for this is that optimal insertion is possible at these locations because the entire output definition of the hyper-PAEs is chosen so that insertion is automatically possible at these locations. Reference is made to the corresponding figure.
  • registers are the Hyper-PAEs used in parameterized form of the hardware module description, the input / output protocol registers, eg, the FREG / BREG of Hyper Alternatively, it is possible to provide PAEs without FREG / BREG only with those registers which are used in the direct coupling path of the ALUs and other logic elements for operand linking in the PAE in the connections to the buses as
  • Protocol registers are provided. Reference is made in particular to OREG and RREG from PCT / DE 97/02949 (PACT02 / PCT).
  • the newly inserted registers which ensure the balancing or the desired performance / area-efficient / latency after removal of the hatched registers, are shown by dashed lines in the figure and are referred to as "inserted register” or, for multi-level registers, as "inserted FIFO".
  • the illustrated insertion of registers, FIFOs and the like between the predefined hyper PAEs not only simplifies the structural design, but also facilitates the verification and calculation of the delay times via the circuits provided in the hardware module, since the runtime behavior etc
  • the underlying elements can be assumed to be well-known in the register removal step, which facilitates an optionally iterative approach to the re-timing task.
  • the insertion of registers between the pre-used and underlying (param- eterized) hyper-PAEs is particularly space-efficient, since, for. For example, using general ALUs in the hyper PAEs would require a large number of registers there, although the addition would also be readily possible there, for example to achieve very high frequencies. In addition, there is hardly a positive effect when cutting within an ALU or a PAE core.
  • a hardware module it is readily possible to design a hardware module to run at an operating frequency other than that intended for an XPP field or other reconfigurable unit field.
  • frequencies for example to reduce latencies, reduce the area and / or reduce power consumption. That may be worked to reduce the power consumption with other hardware definitions such as different gate thicknesses of transistors compared to a reconfigurable, also to be provided processor field, is disclosed for the sake of completeness.
  • other hardware definitions such as different gate thicknesses of transistors compared to a reconfigurable, also to be provided processor field
  • the register or FIFO stages to be inserted or newly inserted or to be reloaded not only with regard to z.
  • latencies may be used, but also to restore any balance of data flow paths destroyed, if any, by the initial removal of registers.
  • timing conditions may not be met; that then by the insertion of additional registers, the timing behavior is restored first, but thereby the balancing between individual data paths may be disturbed.
  • the output from the re-timer is an undoubtedly executable hardware code which is frequency-optimized and / or throughput-optimized by the re-timing by recourse to the hyper-PAEs or elements of the quasi-maximum-free hyper-quantity.
  • automatic area optimization results.
  • the resulting definition of new hardware areas as hard modules can now be integrated into the [XPP] library.
  • ways to integrate and / or connect the particular hardware module functionality into an XPP field or, more generally, a field of reconfigurable and / or partially reconfigurable elements For example, one possibility is to provide a complete PAE that does not have an ALU or a single sequencer as the central functionality, but rather the specified hardware functionality of the hardware module.
  • FIG 5a shows on the left a combination of an XPP field or FPGA field with a hardware module of the present invention, wherein the coupling of the hardware module to the field via FIFO memory takes place in the input and / or output path, preferably via FIFOs in FIG both ways.
  • the present invention is already achieved by the provision of a decoupling of a FIFO memory between the or JE the hardware module, which allows a particularly in terms of processing speed "more independent approach and a different timing and so on.
  • the exchanged data packets are provided with identification information in the form of a packet header or additional identification bits on each individual word or the like.
  • identification information in the form of a packet header or additional identification bits on each individual word or the like.
  • control commands or the like instead of a pure identification information and / or in order to select, for example, for slightly modifiable hardware modules, such as an addition or subtraction of successive operands is to execute and the like. In this way it can be achieved that an increased flexibility of the programming up to self-modifying code is achieved.
  • FIG. 5b shows how, for the coupling of a hardware module in the input and / or output path, a plurality of coupling elements which are now formed not as FIFOs but as RAM memory, in particular even as RAM PAEs, can be provided.
  • This allows in particular, both for writing data from the field for the hardware module and when writing from the hardware module for the field, that is, when transferring data from the field to the hardware module on the one hand and in the (here :) return results from the Hardware module to the field on the other hand each dedicated memory areas provide.
  • this facilitates handling with different configurations and, on the other hand, makes it possible, for example, to prioritize and preferably work on a first memory area, ie read and write, and only if data processing has been carried out sufficiently often on the first memory area and / or there There is no data available to other memory areas and therefore other tasks are resorted to.
  • the hardware module can use the XPP-FeId as a flexible data processing element and / or where hybrids are possible, so data ping-pong-like or pushed in a less regular manner for a total processing back and forth.
  • Fig. 6a shows a variant, wherein in turn data on FIFO memory are interchangeable and in particular again present at least either in the input and, preferably or in the output branch FI-FO memory.
  • trigger vectors will now be transmitted. With regard to the meaning and application of trigger vectors, reference is made to WO 98/35299 (PACT08 / PCT). The combination of identification information with programming information and / or trigger information or status information that is exchanged to trigger certain data processing or processes should be explicitly mentioned again.
  • RAMs read Write memories
  • the timestamp, which is transmitted, can be used to select those data packets with which processing is to take place next. It should be noted that in this way a particularly favorable control of the data processing is possible.
  • the actual procedure for transmitting time stamps with a data word or data packet in data flow processing is already described in WO 02/071249 (PACT18 / PCTE, butcher protocol).
  • WO 02/071249 PACTl8 / PCTE
  • WO 02/071248 PACT15 / PCTE
  • WO 02 / 071196 PACT25 / PCTE
  • WO 98/29952 PACT04 / PCT
  • WO 98/35299 PACT08 / PCT
  • WO 02/071196 PACT25 / PCTE
  • XPP or other fields are shown to be contiguous to one field as columns or rows, and, where appropriate, an array of such hardware modules as well or hardware parts would be umbbarbar and / or that individual elements or field groups may be distributed over the field, as shown in Fig. 8 bottom left.
  • a hardware element and / or a group of hardware elements according to the present invention could also be set next to an XPP or other field or, assuming corresponding manufacturing processes, could be placed on or below it.
  • the usability by integration on a single, co-manufactured chip is disclosed as a possibility in the same way as that to separately manufacture and connect the separate elements.
  • the arrangement is preferably connected via internal buses, whereas when arranged next to the field, a connection via I / O ports is preferred.
  • connections can alternatively be made via I / O ports and / or via internal buses.
  • bus lines or other lines can be pulled over via the hardware elements which are set between field elements.
  • hardware elements placed in a field may be connectable by separate lines as required.
  • the arrangement in columns is uniquely preferred, wherein depending on the purpose for which a data processing unit with hardware part of the present invention is to be used, an edge-side or intermediate setting of the column is preferred.
  • the number of hardware modules will be chosen such that, on the one hand, the pending data processing tasks can be solved quickly and efficiently, and, on the other hand, the form factor when inserted into or onto a field is taken into account.
  • the hardware modules of the present invention may additionally have their own I / O connections for communication with external elements such as memories and the like, even when they are tightly coupled to a field.
  • the functional scope of the hard module is typically chosen so that the functional scope at the desired location corresponds in each case to the union of the operand links executed or to be executed with different configurations. It should be noted that, where appropriate, in a multi-configuration hard-module definition, fixed configurations can be provided which are fixedly provided in the hard module, cf. PCT / EP 03/08080 (PACT30 / PCTE).
  • the functional scopes of the individual hard module areas obtained by parameterization that is to say determination of parameters of the hyper PAEs, are selected so that respective arithmetic units are considered individually have a minimal functionality. This may possibly be done by performing the configurations that are shared so that multiplications are always performed in the same PAE, if in each configuration only one multiplication is required, and, if necessary, with a multiplier in another PAE less space required for data return or data line, to be addressed by a particular configuration data lines, especially here as

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hardwaredefinition. Hierbei ist vorgesehen, dass eine Bibliothek paramatrierbarer, lauffähiger Elemente bereitgestellt, eine Parameter-Auswahl vorgenommen, die Elemente mit ausgewählten Parametern zusammengestellt und dann die Zusammenstellung vereinfacht wird.

Description

Titel : Hardwaredefinitionsverfahren
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Oberbegrifflieh Beanspruchte und befasst sich somit mit einer vorzugsweise rekon- figurierbaren Architektur, bzw. einer vorzugsweise partiell rekonfigurierbaren Architektur, sowie einem Verfahren zur Programmierung eines Zeilelementefeldes, wobei die Elemente des Feldes eine Anzahl unterschiedlicher Funktionen ausführen können, insbesondere eine derartige Vielzahl von Funktionen, dass ein Allzweck-Prozessor erhalten wird.
Unter einer rekonfigurierbaren Architektur wird in der vorliegenden Anmeldung im weitesten Sinne eine Architektur verstanden, bei der zumindest eines von Vernetzungen von Daten verarbeitenden, speichernden und/oder weiterleitenden Elementen bzw. Elemente selbst veränderbar ist; in einer bevorzug- ten Variante wird, ohne dass jedes Mal darauf Bezug genommen wird, eine dynamisch rekonfigurierbare Architektur unter dem Begriff rekonfigurierbare Architektur verstanden, sofern sich aus dem jeweiligen Sinnzusammenhang nichts anderes ergibt. Dynamisch kann dabei bedeuten, dass mit einer Geschwindigkeit rekonfiguriert werden kann, die eine vollständige und/oder partielle Umkonfiguration zur Laufzeit ermöglicht; die Umkon- figuration kann also für alle Zellelemente, Verbindungselemente usw. eines Feldes erfolgen, nur für eine Teilgruppe eines Feldes und/oder für ein einzelnes Element des Feldes. Die Rekonfigurierung kann, und hier sei zu Offenbarungszwecken auf frühere Patentdokumente des Anmelders Bezug genommen, die allesamt vollumfänglich eingegliedert sind, veranlasst werden
- l - z. B. durch eine gegebenenfalls separat aufgebaute und/oder vorgeladene Zentralinstanz, durch eine benachbarte Zelle und/ oder eine Zelle innerhalb des Elementes selbst, die im Laufe der durch sie erfolgenden Datenverarbeitung feststellt, dass nachfolgend eine andere oder weitere Datenverarbeitung vor bzw. bei Weiterleitung und/oder Ausgabe der Daten an eine andere Zelle oder nach außerhalb des Zeilelementefeldes erforderlich ist. Auch ist eine Rekonfiguration stromaufwärts im Datenpfad liegender Elemente veranlassbar. Die Rekonfigurati- on kann erzwungen werden von außen, d. h. außerhalb des Feldes, und/oder von innen und/oder angefordert werden. Rekonfi- gurationsinformationeri sind übertragbar über separate Rekon- figurationsleitungen, (Daten-) Busse und/oder in direkter Verbindung von Zelle zu Zelle.
Die direkte Datenverbindung von Zelle zu Zelle kann alternativ und/oder zusätzlich zu einer Verbindung von mehreren Zellen miteinander durch Auf- bzw. Anschaltung an längere, sich über ausgedehnte Teile des Feldes erstreckende Bereiche und/oder mit einer Umkonfigurierungsinstanz und/oder externen Einheiten wie Datenspeicher, Datenquellen und/oder Datenempfänger erfolgen. Derartige Datenempfänger- bzw. quellen können beispielsweise Displays, Datenschnittstellen, externe (Host-) Prozessoren, Co-Prozessoren, Microcontroller und/oder chipintegrierte Sequenzereinheiten und dergleichen sein.
Rekonfigurationsinformation kann z. B. auch übertragen werden zusammen mit den Daten, z. B. auch zwischengeschachtelt in Datenwörter eines längeren Datenpaketes, wobei ohnehin der Datenaustausch zwischen den Zellelementen vorzugsweise in a- synchroner Weise erfolgen kann. Die Übertragung von Konfigurationsdaten von Zelle zu Zelle kann durch Übertragen eigent- licher Konfigurationsworte zur Konfiguration eines konfigurierbaren Zellelementes erfolgen und/oder durch Übertragung von Triggern, insbesondere in Trigger-Vektor-Form, wobei mit diesen Triggern ausgewählt wird zwischen einer Mehrzahl noch einzuspeisender und/oder bereits eingespeister Konfigurationen für das Trigger-Vektor-Zielempfänger-Zellelement.
Es ist bevorzugt, jedoch nicht zwingend erforderlich für Zwecke der vorliegenden Anmeldung, wenn zumindest eine, bevor- zugt mehrere Konfigurationen für eine aktuelle und/oder ■ nachfolgende Verarbeitung in oder bei den Zellelementen abgelegt werden, wobei entweder ein Konfigurationsspeicher in jeder Zelle und/oder für eine Gruppe von Zellen wie per se aus den früheren Patentdokumenten der Anmelderin bekannt, vorgesehen sein kann.
Auf hierarchische Strukturen, die mit und für Prozessorfelder der vorliegenden Art aufbaubar sind, sei es für Konfigurationsdaten und/oder zu verarbeitende Daten, sei hingewiesen. Es sei erwähnt, dass in einen Datenstrom Trigger-Vektoren auch zwischengeschaltet sein können, um zwischen einer Vielzahl von unterschiedlichen, insbesondere vorab abgespeicherten Konfigurationen nach Art einer Konfigurations-ID auszuwählen. Sind, was als möglich betrachtet wird, .mehrere Konfi- gurationen auf einem konfigurierbaren Zellelement in einer zeitmischenden Weise abarbeitbar, wie dies beispielsweise vorgeschlagen wird in der PCT/EP 02/02402 (PACT25/PCTE) , alle zurückgehend auf die vorliegende Anmelderin, so kann es in einer bevorzugten Weise möglich sein, Zellelementen auch bei der Datenübertragung Informationen mitzusenden, welche sich auf die Zugehörigkeit eines Datenpaketes zu einer bestimmten, abzuarbeitenden Aufgabe beziehen. Hinsichtlich dieser, mit Daten mitübertragenen identifizierenden Angaben wird verwiesen auf PCT/EP 02/02403 (PACT18/PCT) , vergleiche dort insbesondere die Ausführungen zu APID, sowie in PCT/EP 02/10572 (PACT31/PCToe) , vergleiche hier die Ausführungen zur CONFIG- ID. Was die Zellelemente angeht, so ist es per se möglich, dass es sich bei einer momentan betrachteten rekonfigurierba- ren Architektur, für die ein spezifisches Programm kompiliert werden soll, um ein (voll) homogenes Feld handelt, bei dem beispielsweise wie in der bekannten XPP der Anmelderin, eine Vielzahl von Zellen mit insbesondere segmentierten Bussen dazwischen vorgesehen ist, wobei es sich bei den Zellen um A- LUs, zum Teil mit erweitertem Funktionsumfang (EALUs) , vergleiche PCT/DE 97/02949 (PACTO2/PCT), handeln kann, jedoch nicht zwingend muss, und wobei beidseits der ALU mit den Ein- gangs- bzw. Ausgangsbussen gekoppelte (mehrstufige) Registereinheiten vorgesehen sein können, vergleiche z. B. FREG, BREG in PCT/EP 01/11299 (PACT22a/PCT) , sowie entsprechende Ausgestaltungen in anderen Patentdokumenten der Anmelderin. Weiter wird diesbezüglich verwiesen auf Eingangs-Ausgangs-register vor der ALU selbst, die unter anderer Bezeichnung auch in anderen Schriften der Anmelderin zu finden sind.
Die Kommunikation der Zellelemente wird dabei bevorzugt Protokollen unterworfen, wie die Anmelderin sie bereits in Ver- bindung mit der XPP-Architektur beschrieben hat. Erwähnt seien insbesondere das RDY/ACK-Protokoll, das RDY/ABLE-Protokoll aus PCT/DE 03/00489 (PACT16/PCTD) sowie die weiteren dort beschriebenen Protokolle wie CREDIT-Protokolle etc., z. B. Protokolle mit Rej ect -Möglichkeit . Dass die Anmelderin bereits in früheren Anmeldungen darauf hingewiesen hat, dass eventuell empfangene, aber nicht mehr benötigte Datenpakete verworfen werden können, sei gleichfalls erwähnt. Erwähnt sei hier nur beispielhaft die gleichfalls vollumfanglich auch zu anderen Zwecken, etwa für Anwendungszwecke bezüglich der rekonfi- gurierbaren Architektur etwa in Zusammenhang mit Hyperthrea- ding, Prozessorkopplung usw. relevante PCT/EP 2004/003603 (PACT50/PCTE) , die zu Offenbarungszwecken als vollumfänglich eingegliedert anzusehen ist.
Die Zellelemente können gebildet sein und/oder umfassen insbesondere als ALU-PAEs EALU-PAEs, RAM-PAEs, RAM+ALU-PAEs, funktionsfaltende PAEs, vergleiche DE 10 2005 005 766.7, DE 10 2005 010 846.6, DE 10 2005 014 860.3, DE 10 2005 023 785.1, EP 05 005 832.0, EP 05 019 296.2, EP 05 020 297.7, EP 05 020 772.9, (PACT62 ff), graph-faltende PAEs, über Kommandoleitungen verbundene Sequenzerstrukturen sowie PAEs, die zusätzlich zu einer konfigurierbaren oder einstellbaren Einheit wie einer ALU, einem Speicher wie Ringspeicher und dergleichen, insbesondere solche mit mehreren Pointern etc., auch fest in ihrer Funktion einmal definierte Teile, beispielsweise FPGA-artige Logikschaltungen, die festgelegt sind, FPGA-artige, nur selten und bevorzugt ohne Rückgriff auf bevorzugte, insbesondere schnellere Konfigurationsverfahren umkonfigurierbare Gruppen und/oder fest in ihrer Funktionalität liegende Logikschaltungen wie ASICs, die zum Beispiel eingesetzt werden können für bestimmte I/O-Protokolle wie RS232, LAN, VGA, XVGA, DVI, USB, S/PDIF, Firewire, RAMBUS etc., aufweisen können.
Weiter kann mit den ASIC-artigen Logikschaltungen, die zu den Zellelementen gehören können, auf feststehende Funktionen Rückgriff genommen werden, beispielsweise ASIC-artig einprogrammierte DCT-Algorithmen, FIR- oder IIR-Filter, VITERBI- Algorithmen usw. , was für unterschiedliche Anwendungen wie in Allgemeinzweck-Prozessoren, Allgemeinzweck-Co-Prozessoren, Microcontrollern, Sequenzern, Bildbe- und/oder -Verarbeitung wie für HDTV, Kameras, Base-Stations, Mobiltelefone, Radioempfänger (software-definded radio) , Smart Antennas, CODECs und/oder Teile hierfür, von Bedeutung sein kann.
Um derartige Strukturen und Verfahren des Strukturbetriebs nutzen zu können, muss nun die entsprechende Hardware entworfen werden und es müssen auf dieser Hardware abarbeitbare Da- tenverarbeitungsprozesse definiert werden.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass es bereits problemfrei möglich ist, Hardware mit der vorangegebenen Architektur, Protokollen etc. zu entwerfen und Programme hierfür zu schreiben. Was Programme für die Architektur angeht, so wird insbesondere hingewiesen auf die Sprache NML sowie die hierfür vorliegenden Dokumentationen, Manuals und allgemeinen Beschreibungen; dass Programmiersprachen per se bekannt sind und gegebenenfalls anwendbar auch für die spezifische Architektur, sei erwähnt. Nur beispielhaft seien genannt als womöglich relevante Programmierhochsprachen BASIC, LISP, COBOL, PL-M, ADA, ALGOL, FORTRAN, BASH, TCL, aber auch JAVA, C in verschiedenen Dialekten wie C++, PASCAL, OBERON, EIFFEL, PERL, A, B, XML, UML.
Nichtsdestoweniger wäre es wünschenswert, beim Entwurf und/oder hinsichtlich der Verwendbarkeit von eingangs genannten Strukturen und Architekturen zumindest partiell Verbesserungen zu ermöglichen.
Ein Verfahren nach dem Stand der Technik bezüglich des Designflusses ist in Fig. 1 gezeigt. Fig. 1 zeigt dabei ein be- kanntes Verfahren des Erstellens und Programmierens einer re- konfigurierbaren Architektur im Sinne der obenstehenden Bemerkungen. Rechts in der Figur ist angezeigt, dass eine Bibliothek vorgesehen wird, die Module für einen größeren Chip enthält, die unter anderem eine ALU-PAE-Definition, eine RAM- PAE-Definition usw. betrifft. Diese unterschiedlichen Defin- tionen werden in einem XPP-Generator wie erforderlich und vorgegeben kombiniert und danach wird eine Synthese für die aus dem XPP-Generator erhaltene Ausgabe vorgenommen, um an- hand des Syntheseergebnisses einen Maskensatz für die synthetisierte Hardware zu erzeugen, so dass ein Chip produziert werden kann.
Auf der linken Seite der Grafik ist eine Bibliothek für eine Anzahl von Programmen (Software-Teilen) in einer Sprache wie NML vorgesehen, wobei diese spezielle Sprache, wie erwähnt, aus anderen Veröffentlichungen der Anmelderin bekannt ist. Dann wird ein Programm unter Verwendung derartiger Bibliothekssoftwareteile geschrieben, wobei einleuchtenderweise auch nicht in der Bibliothek enthaltene Softwareteile zusätzlich und/oder ausschließlich verwendet werden können. Das Programm wird dann kompiliert, wobei die Kompilierung hier das Plazieren und Routen wie erforderlich mit einschließen soll. Dazu benötigt der Kompiler Informationen, die sich auf den tatsächlichen Zielhardwareentwurf bezieht; der Kompiler hat solche Informationen auch. Die vom Kompiler erzeugte (n) Konfiguration bzw. die Konfigurationen werden dann als Laufzeitkonfiguration auf der Hardware zum Ablaufen gebracht .
Es ist auch schon vorgeschlagen worden (WO 2004/114166) , beim Hardwareentwurf einen sogenannten Bottom-up-Ansatz vorzusehen, wobei ein integriertes Schaltkreisentwicklungssystem vorgeschlagen wurde, das eine Beschreibungsbibliothek einer Vielzahl von Hardwareobjekten umfasste, die jeweils strukturiert sind, um auf Nachrichtenpaketen zu operieren, wobei jedes Objekt relativ ähnliche elektrische Belastungscharakte- ristiken aufweisen soll; und wobei das integrierte Schaltkreisentwicklungssystem weiter einen Modellierer umfasst, der auf die Bibliothek Bezug nimmt und strukturiert sein soll, um einen Befehl zu akzeptieren, der eine Instantiierung von einer der Beschreibungen schafft, und ein Kommando zu akzeptie- ren, der zwei oder mehr der geschafften Instantiierungen miteinander verbindet. Die umständliche Programmierung dieses bekannten Verfahrens instantiierter Hardwareobjekte sieht dann vor, dass eine Sammlung von Softwareobjekten akzeptiert werden soll, die selbst Abstraktionen der instantiierten Hardwareobjekte sein sollen, wobei jedes Softwareobjekt eine Liste von Hardwareobjekten, die in dem Softwareobjekt verwendet werden, umfassen soll, sowie eine Liste von Regeln zum Verbinden der aufgelisteten Hardwareobjekte und eine Anweisungsdatei, die in die gelisteten Hardwareobjekte geladen werden soll; wobei dann eine Beschreibung der Sammlung physikalisch instantiierter Hardwareobjekte akzeptiert werden soll; ein Identifizierer jedem der physikalisch instantiierten Hardwareobjekte aus der Liste der Hardwareobjekte allo- ziert werden soll und eine Initialisierungsdatei für die Sammlung physikalisch instantiierter Hardwareobjekte unter
Verwendung der Identifizierer geschaffen werden soll, um symbolische Information in den Anweisungsdateien zu ersetzen. Die letztgenannte Technik nach WO 2004/114166 ist insbesondere deshalb nachteilig, weil weder absolut zuverlässig davon ausgegangen werden kann, dass tatsächlich ein Hardware- Software- Isomorphismus gegeben und nicht ausschließlich behauptet wird, und weil überdies die nach dem System entworfe- nen Anwendungen oftmals ein Übermaß an nicht erforderlicher Hardware auf einem Siliziumchip vorsehen müssen. Zugleich ist nicht sichergestellt, dass bei dem bekannten Vorgehen nach WO 2004/114166 eine optimale Ausführgeschwindigkeit der aus vor- definierten, unveränderlichen Hardwarebausteinen zusammengebundenen Hardwareobjekte realisiert ist.
Weiterhin bleibt bei dem unter Bezug genommenen Stand der Technik nach WO 2004/114166 die Notwendigkeit bestehen, dass Hardware-Ingenieure die Hardware entwerfen. Es ist nicht möglich, den Bau eines Chips für eine dedizierte Anwendung dem Programmierer der dedizierten Anwendung komplett oder wenigstens weitestgehend zu überlassen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.
Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielsweise beschrieben unter Bezugnahme auf die Zeichnung. In dieser ist gezeigt durch
Fig. 1 ein Vorgehen nach dem Stand der Technik; Fig. 2 ein erfindungsgemäß verbessertes Verfahren zur Erstellung und/oder Programmierung von Hardware ;
Fig. 2 zeigt, wie nachfolgend noch erläutert werden wird, im wesentlichen Teile des Designflusses, wie sie auch in Fig. 1 aus dem Stand der Technik bekannt sind, ergänzt und erweitert bzw. verändert diesen aber auf erfinderische Weise. Wie nachfolgend ersichtlich sein wird und erläutert werden wird, ist dabei das Folgende von besonderer Bedeutung. Es wird zunächst ein Hochsprachenprogramm bereitgestellt, bei dem zunächst nicht zwingend auf tatsächliche Hardware-Eigenschaften Bezug genommen werden muss. Dieses Programm kann in den herkömmlichen Hochsprachen wie C++, JAVA, MATLAB usw. geschrieben sein. Es wird also beim Programmieren abstrahiert von jedweder Hardware gearbeitet, man verwendet ergo an dieser Stelle bevorzugt, jedoch nicht zwingend, eine vollständig, zumindest partiell hardwareabstrahierte Sprache. Diese hardwareabstrahierten Programme bzw. dieses hardwareabstrahierte Programm wird dann bevorzugt unter Bezugnahme auf eine quasimaximalfreie Hypermenge, das heißt eine Übermenge an möglichen Hardwareobjekten, die zu einzelnen Objekten eine Mehrzahl Varianten umfassen kann, wobei diese Varianten sich beispielsweise auch, was bevorzugt ist, in einer durch Parameter bestimmbaren Weise voneinander in einer oder in mehreren Eigenschaften unterscheiden können, wie per se bekannt übersetzt. Wenn das hardwareabstrahierte Hochsprachenprogramm unter Bezugnahme auf eine quasimaximalfreie Hypermenge an möglichen Hardwarestrukturen etc. übersetzt wird, wozu ein Transformation-Kompiler verwendet wird, kann dabei auf eine Vielzahl von für diese Hypermenge parametrierten PAEs und dergleichen geeignete, in einer Software-Bibliothek hinterlegte Module Rückgriff genommen werden. Die Module in der Bi- bliothek können für parametrisierte oder noch parametrierbare Elemente der Hypermenge bestimmt sein, und, genauso wie die vorstehend als durch den Transformations-Kompiler erfolgte, beschriebene Übersetzung, sowohl durch maschinelle als auch gegebenenfalls auf Wunsch vollständig und/oder partiell manu- eile Codierung geschehen kann. Dass die Verwendung von Modulen bei maschineller und/oder manueller Übersetzung nicht zwingend erforderlich ist, sei erwähnt. Die Parametrierung kann interaktiv durch einen Programmierer, insbesondere durch Interaktion mit einem Plazierungs- und Route-Werkzeug erfolgen, von einem solchen aber gegebenen- falls auch vollautomatisch vorgeschlagen und gegebenenfalls nur bestätigt werden und/oder ohne Bestätigung festgelegt werden. Alternativ sind heuristische Methoden, gegebenenfalls auch interaktiv und/oder unter Steuerung und Regelung eines Plazierungs- und Routewerkzeuges möglich. Bei heuristischen Methoden kann ein iteratives Vorgehen mit dem Plazierungsund Route- oder einem anderen Werkzeug (Tool) in der Programmier- und Hardwaredefinition-Umgebung erfolgen; es sei darauf hingewiesen, dass derartige Iterationen manuell, semi- automatisch und/oder alternativ und besonders bevorzugt, vollautomatisch erfolgen können.
Mit der Heuristik können dabei SOLL-Größen vorgegeben werden, die mit der Iteration, etwa durch Ausprobieren, erreicht werden sollen. Auf die Methoden des „simulated annealing" sei in diesem Zusammenhang zu Offenbarungszwecken explizit hingewiesen.
Neben Methoden des simulated annealing sind einleuchtenderweise auch evolutionäre Verfahren wie genetische Algorithmen ohne weiteres anwendbar.
Quasimaximalfrei bedeutet dabei im übrigen für die Hypermen- ge, dass die Zahl von Einschränkungen auf allgemein verfügbare Objekte möglichst gering ist, also maximal viele Frei- heitsgrade verbleiben. Einschränkungen können aber durch bestimmte Faktoren wie z. B. der Baubarkeit von Modulen in der Ziel-Halbleiterumsetzung ungeachtet der Forderung nach mög-
- Ii - liehst vielen Freiheitsgraden erforderlich sein; deswegen wird nur von „quasi "maximalfrei gesprochen. Im übrigen sei darauf hingewiesen, dass in bestimmten Fällen die quasimaxi- malfreie Hypermenge lediglich eine, dann aber weitgehend und in vielen Parametern pametrierbare PAE enthalten muss, aus der unter Parametrierung viele voneinander unterschiedliche PAEs ableitbar sind.
Das letztendliche Ergebnis ist somit ein Programm aus einer Vielzahl von Funktionsblöcken, die in Fig. 2 als f (n) für verschiedene n angegeben sind.
Ausgehend von diesem Programm, das bereits durch den Rückgriff auf Hypermengenelemente aus dem Hochsprachenprogramm und somit auf erfindungsgemäße, gegenüber dem Stand der Technik neue und als für sich patentgemäß betrachtete Weise erzeugt wurde, kann nun weiter eine Verbesserung erzielt werden. Zunächst ist es möglich (im Bild nach rechts fortschreitend) , bestimmte der Programmteile auszuwählen dafür, auf der später das Programm ausführenden Hardware nicht durch für allgemeine Zwecke vorgesehene, aus der Hypermenge ausgewählte und durch Parametrierung etc. vollständig in ihrem Hardwareaufbau festgelegte Elemente, die programmierbar bzw. konfigurierbar auch für quasi jedwede andere, auf dem rekonfigurier- baren Feld abzuarbeitende Aufgabe zur Verfügung stehen, abgearbeitet zu werden, sondern einzeln und/oder gemeinsam in einer durch Dedizierung spezialisierten und optimierten bzw. optimierbaren Hardwareanordnung implementiert zu werden. In Fig. 2 sind hierzu die Programmteile f(3), f (n) , f(n-2) aus- gewählt . Typisch kann und wird es sich bei solchen Programmteilen um Konfigurationen oder Konfigurationsteile oder eine einzelne Konfiguration für ein XPP-FeId oder dergleichen, das aus einer zumindest teilrekonfigurierbaren Menge von in der Hypermenge beschriebenen oder mit dieser beschreibbaren, insbesondere unter Parametrierung vollständig beschreibbaren E- lementen wie ALU-PAEs, graph- faltende PAEs, Funktions-PAEs, MAC-PAEs, RAM-PAEs, ROP-PAEs und/oder Eingabe-Ausgabe-PAEs handeln. Die Auswahl der Art zu implementierender Module kann auf unterschiedliche Arten erfolgen; genannt seien nur beispielhaft die folgenden Möglichkeiten, wobei einsichtig sein wird, dass es möglich und bevorzugt ist, in einer praktisch bevorzugten Ausführung der Erfindung nicht ausschließlich auf eine einzige der Möglichkeiten Rückgriff zu nehmen, sondern mehrere oder alle der Möglichkeiten zur simultanen oder sukzessiven Implementierung als Hardwaremodul von Programmteilen vorzusehen:
Auswahl von Programmteilen von Hand, was insbesondere durch das Einfügen geeigneter Textstellen im Programmcode geschehen kann, wie z. B. durch Einfügen von Steuerzeichen; - Auswahl von jenen Programmteilen, die besonders häufig im gesamten Programmcode auftreten und/oder ausgeführt werden müssen bzw. in einer Vielzähl von Programmcodes, die unabhängig voneinander auf der herzustellenden Hardware ausgeführt werden sollen, vermutlich zur Ausführung ge- langen werden, das heißt Auswahl nach Ausführungsdauer und/oder -häufigkeit ;
Module, an denen erkennbar ist, dass sie gegenüber anderen Elementen andernfalls nur schwer oder mit erhöhter Taktfrequenz ausführbar sind, das heißt Programmteile, die sich als performancekritisch erweisen; die Selektion derartiger Programmteile kann bevorzugt sein, um über- haupt bestimmte Programmteile auf einem bestimmten Stück Hardware ausführen zu können;
Auswahl von Programmteilen, die andernfalls eine besonders große Verlustleistung auf der herzustellenden Hard- wäre erzeugen würden;
Programmteile, die zu einem besonders großen Flächenbedarf des Hardware-Chips führen könnten;
Auswahl von Programmteilen nach heuristischen Verfahren, die insbesondere anhand des Programmeödes eine - auch für sich mögliche - Parametrierung ermöglicht;
Auswahl von Programmteilen durch ProfHing oder vergleichbare Techniken; es kann vorgesehen werden, entweder anhand einer Source-Code-Analyse jene Teile zu identifizieren, für die sich dedizierte Hardwaremodule besonders anbieten, etwa im Hinblick auf die oben genannten Parameter betreffend Ausführbarkeit, Umsetzbarkeit etc. Alternativ und/oder zusätzlich ist es möglich, gegebenenfalls auch ein ProfHing während der Ausführung von Programmen vorzunehmen. Hierbei kann z. B. analysiert werden, welche Programmteile, Unterprogrammteile, Konfigurationen, Konfigurationsteile usw. einer besonders häufigen Ausführung unterliegen, performancekritisch sind, flächenkritisch sind, viele und/oder lange Speicherzugriffe benötigen, in verschiedenen Konfigurationen besonders häufig benutzt werden usw. Der Vorteil eines solchen ProfHing besteht darin, dass damit für typische Anwendungen, die eine Vielzahl von Programmen aufrufen, beispielsweise die Anwendung eines Prozessors als Allgemeinzweckprozessor auf einem Server, einem Laptop oder einer Workstation, Pro- zessoren, Co-Prozessoren und dergleichen definiert werden können, die für einen oder typische Anwender optimiert sind. Zwar ist es möglich, ein derartiges ProfHing auch auf einem Simulator durchzuführen, der besondere Vorteil der vorliegenden Technik des Top-down-Ansatzes ist es a- ber, dass zunächst ein schon hochperformanter und damit Echtzeitbedinungen vorgebender Chip verwendet werden kann, der einen Benutzer, dessen Profil erfasst werden soll, nicht beeinträchtigt, zur Verfügung gestellt wird. Es kann also unter Verwendung der Zielarchitektur erkannt werden, wie diese ohne Performanceverluste, sondern vielmehr unter Verbesserung der Performance hinsichtlich kri- tischer Parameter, einem Designänderungsprozess bestmöglich unterworfen werden kann. Es wird darauf hingewiesen, dass das Ausgehen von der tatsächlichen Zielarchitektur, abgesehen von den hier beschriebenen, durch Definition von Hardwaremodulen präzise der späteren, gewünschten Ar- chi tektur entsprechenden Schaltkreisen zur Definition veränderter Schaltkreise durch Auswahl bestimmter Programmteile und beschriebener Definition der Hardwareteile als für sich erfinderisch angesehen wird; insbesondere bleibt hierfür und/oder für Teile dieser Aspekte die Ein- reichung von Teilanmeldungen und dergleichen vorbehalten. Auf die Möglichkeit, eine sukzessive Prozessorverbesserung durch Übertragung einer Vielzahl von Profilen an eine Zentraleinheit, z. B. ein Prozessorherstellungshaus, insbesondere durch Übertragung über das Internet, vorzu- nehmen, sei hingewiesen. Dies lässt sich z. B. für Standardprogramme und für andere Prozessoren nutzen.
Es sei in diesem Zusammenhang im übrigen erwähnt, dass unter Zugrundelegung der per ProfHing erhaltenen Daten eine manu- eile Auswahl vorgenommen werden kann und/oder ein automatisierte. Es sei erwähnt, dass bei der Selektion nicht ausschließlich immer nur auf einen Parameter geachtet werden muss. Vielmehr kann es, etwa unter Rückgriff auf Methoden der unscharfen Logik (Fuzzy-logic) möglich sein, mehrere oder alle der obenge- nannten Einflussparameter, insbesondere mit geeigneter Wich- tung und/oder in alinearer Weise, zu berücksichtigen. Die ausgewählten Programmteile sind zunächst auf den bereits bekannten und in der Hypermenge vorhandenen PAEs, die im übrigen neben den zuvor aufgeführten PAEs auch PAEs umfassen kön- nen, die aus einer Kombination der Funktionalitäten der- vor- gelisteten PAEs bestehen, also beispielsweise eine paramet- rierbare oder parametrierte PAE mit einer parametrierbaren Menge an ALUs parametrierbarer Bitbreite und parametrierbarem Funktionsumfang, wobei zu dieser PAE weiter graph-faltende, parametrierbare Elemente gehören können, genauso wie funkti- onsfaltende, parametrierbare, etwa hinsichtlich der Bitbreite parametrierbare Elemente und/oder insbesondere parametrierbare Speicherbereiche mit Pointern und/oder Kommando-Steuerleitung von einer oder mehrerer ALUs, oder anderer datenver- ändernder Teile in der PAE, um Sequenzer bzw. Mikroprozessoren zu implementieren, Eingangs-Ausgangs-Elemente und dergleichen.
Ein Beispiel für eine noch parametrierbare Hyper-PAE ist in einer der Figuren gezeigt. Dort finden sich verschiedene parametrierbare Einheiten wie z. B. Buseingänge mit m-Ein- gängen, wobei m einen Parameter darstellt, das heisst es können m unterschiedliche Operanden an eine PAE zugeführt werden. Die Busse sind jeweils k-Bit breit, wobei k wiederum ei- nen Parameter darstellt, und es sind n unterschiedliche Busse vorgesehen, von denen die m verschiedenen Eingänge abgegriffen werden. Auch n, die Gesamtanzahl der Busse, stellt einen Parameter dar. Innerhalb der PAE sind dann beispielhaft verschiedene operandenverknüpfende Einheiten dargestellt, im Ausführungsbeispiel von Fig. 3 beispielsweise ein Dividierer mit kombinatorischem Netzwerk, ein Multiplizierer, eine ALU- Stufe, eine Boolsche Logik, eine Fass-Verschiebe-Stufe (bar- rel shifter) sowie eine Fließkommaeinheit „floating point" . Bs sei darauf hingewiesen, dass die vorgenannten Einheiten ihrerseits wiederum parametrierbar sind, etwa hinsichtlich der Operandenbreite, das heisst es kann sich um z. B. 8-Bit-, 16-Bit-, 32-Bit- oder 64-Bit-Stufen oder um Stufen einleuchtenderweise auch anderer Bitbreite handeln, wobei überdies auch der Funktionsumfang etwa der ALU, der Fließpunkteinheit usw. über Parameter definiert sein kann; es sei darauf hingewiesen, dass aus Gründen der Einfachheit der Zeichnung be- stimmte, weggelassene, gleichfalls in einer Hyper-PAE möglicherweise vorzusehenden Elemente wie Sequenzereinheiten, funktionsfaltende PAEs, vergleiche PCT/EP 03/09957, vorgesehen werden können; dass gleichfalls Speicher parametrierbarer Breite und Tiefe vorgesehen sein können usw., sei erwähnt, es wird in diesem Zusammenhang insbesondere auf die Voranmeldungen der vorliegenden Anmelderin hingewiesen, in der eine Vielzahl unterschiedlicher Logikelemente wie auch FPGA-artige Strukturen, SIMD-Rechenwerke etc. für PAEs offenbart sind; diese Offenbarung wird vollumfänglich miteingegliedert .
Hinsichtlich des parametrierbaren Funktionsumfanges kann es sich, nur beispielsweise bei der Flußpunkteinheit um eine Fließkommaeinheit handeln, die zu wenigstens einer, bevorzugt mehreren der folgenden Verknüpfungen in der noch parametrier- baren Definition fähig ist: Multiplikation, Addition, Subtraktion, Division, Fließkommaverknüpfung, Nachschautabellen, gegebenenfalls mit Interpolationsmöglichkeit für bestimmte Funktionen wie trigonometrische (Sinus, Cosinus, Tangens) , sequenzielle Berechnungen wie für Taylor-Reihen, wobei Spezi - alhardware vorgesehen sein kann für bestimmte Aproximatio- nen/Interpolationen, und wobei bevorzugt weiter eine Paramet- rierung der Fließkommaeinheit hinsichtlich der Datenwortbrei- te in Mantisse und/oder Exponent vorgesehen sein kann.
Eine parametrierbare Bibliothek für eine solche Hyper-PAE kann beispielsweise auf eine Vorgehensweise Rückgriff nehmen, bei der sogenannte If-Def-Konstrukte verwendet werden. Diese führen bestimmte Programmabschnitte lediglich dann einer Ü- bersetzung (in Hardware-Schaltkreise, die tatsächlich auf einem Chip vorzusehen sind) zu, sofern dafür entsprechende Definitionen, etwa durch Vorgabe der Parameter, beispielsweise des Funktionsumfanges, vorgegeben sind. Dass dies auch für Größen und Elemente der Hyper-PAE, wie die auch in unterschiedlicher Tiefe vorgegebenen Konfigurationsregister, gegebenenfalls die auf einer PAE implementierbaren Protokolle (vergleiche RDY/ACK, Credit-Protokolle, RDY/ABLE etc.) usw. möglich ist, sei erwähnt, genauso wie die Parametrierung eines Ausgangs, unterschiedlicher Multiplexer-Stufen in einer PAE usw.
Um die gewünschten Verbesserungen entweder hinsichtlich eini- ger der vorab gewählten kritischen Kriterien wie Leistungsverbrauch, Flächeneffizienz oder Ausführungsperformance zu erreichen und/oder eine besonders starke Verbesserung in wenigstens einem der Bereiche unter allenfalls partieller Verbesserung anderer Bereiche bzw. vollständiger Vernachlässi- gung derselben, etwa wenn es bei hochperformancekritischen Programmteilen nicht auf Leistung und/oder Fläche ankommt, wird jetzt in einer bevorzugten Ausführung ein bevorzugt au- tomatischer und/oder teilautomatischer Konverterschritt durchgeführt. Dieser ist in der Figur als NML2V bezeichnet und stellt einen Konverterschritt dar, mit welchem zu den Programmteilen, die selektiert wurden, gegebenenfalls unter Berücksichtigung des Selektionsgrundes, eine Hardwaresprachenbeschreibung bestimmt wird. Angesichts des Umstandes, dass die Programmteile für die Hardwaremodule ausgewählt wurden unter Bezugnahme auf ein oder mehrere Elemente in einer Hypermenge ist es möglich, eine identische Übersetzung zu finden, das heißt es ist sichergestellt, dass bei der Konvertierung in einen hardwarebeschreibenden Code wie VERILOG keine Fehler auftreten, was, sollte dies gewünscht sein, durch intermediär durchführbare Simulationsschritte bestätigbar sein kann. Man erhält somit zunächst einen hardwarebeschrei- benden Code, z. B. einen VERILOG-Code, der die entsprechende Funktionalität der parametrierten PAE in der/den untersuchten Konfigurationen aufweist.
Die Verwendung von Hyper-PAEs bei der Definition der Pro- grammteile, die dann zur Implementierung von Hardwaremodulen eingesetzt werden, erweist sich dabei überraschenderweise als für den Konverter zu Hardware-Code nicht störend. Dies findet sich darin begründet, dass bereits bei der Bestimmung des eigentlichen Programmes für den Transformationskompiler be- stimmte der parametrierbaren Eigenschaften, wie etwa die Bitbreite der PAE, festzulegen sind, während andere Eigenschaften, wie etwa die eigentlichen Funktionsumfänge, also etwa das Vorsehen einer Dividiererstufe, einer Multipliziererstufe, einer Addiererstufe und/oder einer Subtrahierstufe in ei- ner ALU-PAE noch nicht festgelegt werden müssen. Mit anderen Worten wird zugleich mit der Transformationskompilierung die quasimaximalfreie Hypermenge auf eine parametrierte und/oder teilparametrierte Hyperteilmenge reduziert, wobei insbesondere weniger Freiheitsgrade vorgeben sind, also nicht modifiziert werden muss. Dabei können etwa die Busbreiten zu den Zellen bereits festgelegt sein; es sei erwähnt, dass dem NML- nach VERILOG-Konverter bzw. , allgemeiner, dem hardwarespra- chenbeschreibungserstellenden Konverter die bereits festgelegten Parameter, die etwa bei der Transformationskompilierung festgelegt wurden, zur Verfügung gestellt werden, was durch entsprechende Angaben an den Programmteilen, etwa in Form von Kommentarzeilen und/oder vermittels separater, • vom eigentlichen Programmteil getrennter Daten geschehen kann. Der Transformationskompiler ist somit auf die Erzeugung von Parametrierungsinformation von ihm zugrundezulegender Hardware ausgelegt. Es wird, anders als bei herkömmlichen Kompi- lern, auch hardewarebeschreibender, nämlich Freiheitsgrade beschreibender Code erzeugt .
Die Programmteile, zu denen ein Hardwaremodul optimiert implementiert werden soll, haben jetzt nicht nur hinsichtlich der PAEs festgelegte Parameter, sondern es ist zugleich auch klar, in welcher Konfiguration eine bestimmte PAE in dem Programmteil betrieben werden soll, das zu einem Hardwaremodul umgesetzt werden soll. Diese Konfiguration hat nun die Folge, dass gegebenenfalls unmittelbar ersichtlich ist, dass be- stimmte Teile der PAE nicht benützt werden, was beispielsweise dann der Fall ist, wenn zwar im Transformationskompiler noch eine Floating-point-Einheit für andere Programmteile vorgesehen werden muss, aber im in ein Hardwaremodul zu übersetzenden, momentan betrachteten Programmteil keine Fließkom- maoperationen benötigt werden. Die Konfiguration, die für Zwecke der vorliegenden Betrachtung (unter Hinweis darauf, dass für sequenzerartige bzw. sequenzerartig betriebene PAEs mehrere, sukzessive abzuarbeitende Konfigurationen in der PAE vorliegen können) festliegt, deutet somit an, dass bestimmte Einheiten nicht benötigt werden und es kann dann auch beispielsweise ein operandenverknüpfungsstufennachgeschalteter Multiplexer, mit dem ausgewählt wird, welche Operandenverknüpfungseinheit ihren Ausgang oder ihre Ausgänge an einen Ausgangsbereich legen soll, als entbehrlich oder teilentbehrlich ermittelt werden. Der typisch hinter den mehreren Operandenverknüpfungseinheiten einer typischen PAE angeordnete Multiplexer ist daher bei einem gegebenen Hardwaremodul ■ in der Regel ohne weiteres zu vereinfachen. Auch in der Entfernung von Multiplexerstufen und/oder vollständiger Multiple- xereinheiten bei der Bestimmung von Hardwaremodulen unter Rückgriff auf Hyper-PAEs bzw. eine quasimaximalfreie Menge an Hyper-PAEs wird eine Erfindung per se gesehen. Es sei erwähnt, dass die Entfernung nicht in einer auszuführenden Konfiguration benötigter Elemente in einer PAE durch den NML2V- Konverter, das heißt im isomorphen Hardwarevereinfachungsmittel, erfolgen kann und/oder, dass die Auswahl zu entfernender Hardwareelemente als nicht benötigt auch im Wege einer Synthese vorgenommen werden kann. Es sei im übrigen darauf hingewiesen, dass im Hardwaremodul bzw. den dafür bestimmten Teilen das Konfigurationsregister nicht zwingend nur einen konstanten Wert enthalten muss, wie es aus Gründen der besse- ren Anschaulichkeit z. B. dargestellt wurde. Vielmehr ist es insbesondere dann, wenn für das Hardwaremodul waveartige Änderungen bzw. Umkonfigurierungen der Betriebsweise und/oder bedingte Änderungen der Betriebsweise eines einzelnen Elementes, etwa in Abhängigkeit von darüber oder darunter liegenden Datenverarbeitungsstufen erforderlich sind, können im Konfigurationsregister mehrere mögliche Konfigurationen abgelegt sein. Auf die Auswahl unter derartigen vorabgelegten Konfigu- rationen, die durch den Anmelder in anderen Anmeldungen, vergleiche insbesondere, jedoch nicht ausschließlich PCT/DE 98/00334 (PACT08/PCT) offenbart sind, wird, durch Bezugnahme vollumfänglich eingliedernd, hingewiesen. Es sei im übrigen auch darauf hingewiesen, dass nicht nur Triggervektoren etc. übertragbar sind, sondern gegebenenfalls, innerhalb des Hardwaremoduls und/oder von außen in entsprechend beschränktem Funktionsumfang, auch Daten unmittelbar an eine Einheit übertragbar sind, die als Konfigurationsdaten, Arbeitsanweisungen (Befehle usw.) auffassbar sind und/oder die entsprechende Anweisungen, insbesondere zwischen Operanden gesetzt, enthalten können. Es sei im übrigen darauf hingewiesen, dass das Hardwaremodul auch so definiert werden kann, dass auf dem definierten Hardwaremodul immer noch frei definierbare Konfigura- tionen abarbeitbar sind, wobei diesen frei definierbaren Konfigurationen dann in jedem einzelnen Element auf einen reduzierten Funktionssatz zugreifen und/oder wobei zwischen den einzelnen Elementen des so definierten Hardwaremoduls eine beschränkte Konnektivität, etwa nur hinsichtlich Nächste- Nachbar-Verbindungen anstelle von globaler, sich über viele Zellen hinweg erstreckende Busverbindungen vorgesehen werden kann, wobei gleichwohl eine multidimensionale, das heißt auch gegebenenfalls deutlich über zweidimensionale Konnektivität und/oder eine toroidale, auch mehrdimensional toroidale Kon- nektivität implementierbar ist.
Der so vorzugsweise automatisch generierte Hardwarebeschreibungscode des NMLV2-Konverters wird nun in einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung noch optimiert. Bei dieser Optimierung soll erreicht werden, dass einerseits die für die jeweilige Funktionalität nicht benötigten Register, Verknüpfungseinheiten usw. in einer parametrierbaren PAE weggelassen werden können; es wird in diesem Zusammenhang hingewiesen auf die früheren Anmeldungen der vorliegenden Anmelderin, vergleiche PCT/EP 03/08080 (PACT30/PCTE) und PCT/EP 03/08081 (PACT33/PCTE) . Bei diesen wurde vorgeschlagen, dass eine Kon- figuration eines Feldes oder einer einzelnen PAE einmal durch Verwendung von Fuses, das heisst durchtrennbaren Elementen und dergleichen festgelegt wird, um einen problemfreien Bau von Chips mit ASIC-Funktionalität ohne das Erfordernis eines Maskenbaus für jede ASIC-Ausgestaltung zu ermöglichen; bei dieser vorbekannten Variante blieben aber womöglich nicht benötigte Funktionalitätselemente in der ALU oder anderen Einheit einer PAE. Wurde beispielsweise eine PAE mit einer ALU, die einen Subtrahierer, einen Dividierer, einen Addierer und einen Multiplizierer umfasste, fix konfiguriert, um einen Ad- dierer zur Verfügung zu stellen, so war die für die Herstellung des Multiplizierers verwendete Siliziumfläche trotzdem vorzusehen. Die vorliegende Anmeldung und Erfindung zielt unter anderem mit einem Aspekt darauf, dies zu vermeiden, was zu einer Reduzierung der Größe und somit gegebenenfalls auch der Ausführgeschwindigkeiten eines dedizierten Hardwarebereiches beiträgt. Die entsprechenden Veränderungen an der para- metrierbaren und bereits teilparametrierten Hyper-PAE erfol-
I gen in einer Re-Timing-Stufe, bei der zunächst nicht benötigte Register entfernt werden. Die Entfernung der Register hat zunächst eine Entkapselung zuvor durch die Verwendung der
PAE-defintion gekapselter Funktionsteile zur Folge. Dies ist jedoch keinesfalls kritisch, sondern im Gegenteil, bei geeignet intelligenter Entwurfskette, sogar sehr vorteilhaft.
Die erfindungsgemäß hiermit vorgeschlagene Entwurfskette weist inhärent die intelligente Auslegung auf, die die im Stand der Technik erforderliche, aufwendige Einkapselung, et- wa durch Eingangs-Ausgangs-FIFOs und/oder Register, die nur über geeignete Protokolle, wie RDY/ACK-Protokolle sinnvoll ansteuerbar sind, obsolet macht. Hierzu werden z. B. zunächst die internen, das heißt zwischen den betrachteten Zellen an deren Übergängen zueinander liegenden Register entfernt. Die Entfernung der Register geschieht jedoch nicht blind für alle Register, sondern es findet vielmehr genauer eine bevorzugt ohne weiteres automatisierte Selektion von Registern statt, die entfernbar sind bzw. die in dem Hardwarestück verbleiben müssen. In dem Hardwarestück verbleiben sollen zunächst • Konstanten. Weiter ist es stark bevorzugt, wenn Register für das Vorladen von Werten (PRELOAD-Register) nicht entfernt werden. Weitere Register werden zunächst in einer gegebenen Verfahrensimplementierung nicht benötigt.
Dies verändert einsichtigerweise das Timing-Verhalten der Gesamtanordnung. Es wird jetzt erfindungsgemäß vorgeschlagen, dessenungeachtet die Register gleichwohl zu entfernen, aber einen Syntheseschritt durchzuführen, um einen korrekten Zeit- ablauf der Datenverarbeitung mit dem betrachteten Hardwarestück zu gewährleisten. Bevorzugt wird daher ein Synthese- schritt erfindungsgemäß durchgeführt. Dies gilt auch für Ein- /Ausgänge des zu bauenden Hardwaremoduls.
Es sei darauf hingewiesen, dass durch und für geeignete Protokollierung ohne weiteres buseigene Register verwendet werden können, ein Einspeisen/Auslesen von Daten in RAM-PAEs mit genügender Speichertiefe möglich ist und/oder ein Ein- /Auslesen von Daten in Vorladespeicher, sofern überhaupt er- forderlich, erfolgen kann, oder aber das Vorsehen von Ein- Ausgangs-Registern am Ende und am Anfang des Hardwarestückes, sofern nicht etwa die längst bekannten FORWARD-BACKWARD- Register auch zu Zwecken der Benutzung durch andere PAEs zur Verfügung gestellt werden sollen. Konstante Inhalte von RAMs werden in einer bevorzugten Ausführungsweise durch ROMs realisiert bzw. auf solche abgebildet.
Das Entfernen der Register wird nun das Timingverhalten ändern; zunächst kann sich, gegebenenfalls auch in signifikanter Weise, das Frequenzverhalten der betrachteten, vorzusehenden Schaltung verschlechtern. Dies kann durch neuerliches Einsetzen von Registern an geeigneten Stellen kompensiert werden, die entweder nach festen Regeln angeordnet werden, etwa durch Einsetzen weniger tiefer Registerstufen an Stellen, wo zuvor tiefere Registerstufen vorgesehen waren, durch Einsetzen von Registerstufen derselben Tiefe wie jene, die zuvor entfernt worden waren, oder aber, besonders bevorzugt, durch Betrachtung der Signallaufzeiten durch die verbleibenden Hardwareschaltkreise, um Stellen zu identifizieren, an denen Register zur Erhöhung der Frequenz erforderlich werden; ein solches Vorgehen ist per se für den Fachmann ohne tiefer- gehende Erläuterung durchführbar.
Weiter ist zu beachten, dass, während der betrachtete Softwareteil zunächst als ausbalanciert angesehen werden kann, die Ausbalancierung im Regelfall vorgenommen wird oder vorge- nommen werden könnte durch das Vorsehen von Registerstufen zwischen verschiedenen datenverarbeitenden Funktionalitätsbereichen in bzw. zwischen den PAEs usw. Durch das anfängliche Entfernen der Register wird nun das mögliche oder bereits gegebene Balancing der Datenverarbeitungspfade, die an bestimm- ten Stellen zusammengeschaltet werden müssen, beeinträchtigt. Es wird nun in einem weiteren Registereinfügeschritt versucht, entweder die bereits wieder vorgesehenen Register so anzuordnen, dass nicht nur die gegebenenfalls geforderte und erforderliche Frequenzerhöhung erhalten wird, sondern zugleich auch ein Datenlaufzeitausgleich (Balancing) erzielt wird. Es wird also durch das Re-Timing nur aufgrund eines ge- gebenenfalls mit den zu Hardwaremodulen zu machenden Programmteilen, in denen darauf hingewiesen wird, dass bestimmte Datenpfade gegeneinander auszubalancieren sind, ein automatisches Ausbalancieren in dem Re-Timing-Mittel durch Registereinfügen veranlasst .
Beim Re-Timing muss auch etwas anderes beachtet werden: Die Hyper-PAE, auch bei gegebener Parametrierung, wird im Regelfall noch Funktionalitäten aufweisen, die im Hardwaremodul nicht benötigt werden. Beispielsweise wäre denkbar, dass ein Hardwaremodul geschrieben wird für ein Programmteil, in welchem überhaupt keine Divisionen benötigt werden. In diesem Fall wäre eine Dividiererstufe in einer PAE entbehrlich. Eine Division benötigt nun ein bestimmtes Delay, das heißt eine Laufzeit über die Baugruppe. Diese wird signifikant größer sein als etwa die Laufzeit über eine Addiererstufe. Der primär gegebene Datenlaufzeitausgleich der parametrierten bzw. Hyper-PAE wird so sein, dass die Laufzeiten auch einer Dividiererstufe berücksichtigt sind. Wird aber, was erkennbar ist, in einem Hardwaremodul an einer bestimmten Stelle keine Dividiererstufe mehr benötigt, so kann und wird bevorzugt auch eine solche nicht benötigte Einheit aus der PAE entfernt werden, was dann das Delay des Datenlaufs durch die Einheit verändert. Das Hardwaremodul sollte auch hierauf beim Re- Timing angepasst werden. Prinzipiell sei darauf hingewiesen, dass dies aber nicht zwingend erforderlich ist. Ein gewisser Vorteil wird schon erhalten, wenn zwischen den einzelnen Stufen eines aus mehreren Hyper-PAEs zusammengesetzten Hardware- moduls nicht benötigte Registerstufen entfernt werden; im bevorzugten Fall werden jedoch aus den Hyper-PAEs auch nicht benötigte Teile entfernt, was etwa während der Synthese geschehen kann, wie z. B. die vordiskutierte Entfernung einer Dividiererstufe, wobei aber auch andere Stufen, wie Speicherstufenelemente, Multiplizierer, Floating-Point-Einheiten usw. , gegebenenfalls entfernbar sind. Auch dies kann beim Re- Timing berücksichtigt werden. Hierzu wird bevorzugt eine Synthese durchgeführt, mit der automatisiert das Timingverhalten analysiert wird, um dann entweder an erforderlichen Stellen automatisch Register einzufügen und/oder um Hinweise zu geben, wo ein Programmierer Register einfügen sollte, um ein ordnungsgemäßes Timingverhalten sicherzustellen.
Es sei im übrigen darauf hingewiesen, dass vorstehend Dividiererstufen erwähnt wurden. Im Hinblick darauf und auf die Entfernbarkeit von Registern sei explizit, aber exemplarisch darauf hingewiesen, dass einerseits Protokoll- und datenkom- munikationsrelevante Register in einem Modul oder Array vor- gesehen werden können; derartige werden zunächst ohne weiteres entfernt. Gerade die Division zeigt aber, dass bestimmte Register nicht entfernt werden sollen und/oder können. Die Division ist umsetzbar auf zweierlei Arten, wenn eine in Hardware vorzusehende Divisionsstufe konstruiert werden soll. Die erste Möglichkeit sieht ein kombinatorisches Netzwerk vor, in welchem keine Register benötigt werden. Die zweite Variante sieht eine sequenzielle Division vor, bei der ein Wert iterativ immer wieder berechnet wird, vergleichbar der manuellen Berechnung einer Division. Im letztgenannten Fall müssen Zwischenergebnisse in Register geschrieben werden. Diese dürfen bei einem Re-Timing nicht entfernt werden, da sie algorithmisch benötigt werden. Die Nichtentfernung kann z. B. durch Hinweise im hardwaredefinierenden Code der Hyper- PAE bedingt werden, der zu für eigentliche Programmzwecke nicht nötigen Kommentaren in einen Kompilercode des Transfor- mationskompilers führen kann; alternativ und/oder zusätzlich saind Varianten denkbar, bei denen erst entfernt und nachfolgend wieder eingefügt werden kann.
In einer besonders bevorzugten Variante kann daher eine Kennzeichnung der Hyper-PAEs dahingehend erfolgen, ob bestimmte Register algorithmisch erforderlich sind, damit sie bei einer anfänglichen Entfernung der Register nicht automatisch entfernt werden; alternativ und/oder zusätzlich können bei der Entfernung überflüssiger Register Analysen dahingehend durchgeführt werden, dass Register mit einer Rückkopplung zu da- tenstromaufwärts liegenden Schaltkreisbereichen nicht entfernt werden. Bei derartigen Registern handelt es sich nämlich automatisch um algorithmisch relevante. Es sei darauf hingewiesen, dass einleuchtenderweise auch algorithmisch benötigte Register dann entfernbar sind, wenn der Algorithmus, dem sie zuzuordnen sind, nicht ausgeführt wird; dies ist etwa für den Fall einer allgemein in einer Hyper-PAE vorgesehenen sequenziellen Division gegeben, wenn die Division per se im zu bauenden Hardwaremodul nicht implementiert ist. Es sei im übrigen darauf hingewiesen, dass Rückkopplungen in den von der Anmelderin vorgesehenen Standard-PAEs durch Rückwärtsregister implementiert sind. Soweit diese tatsächlich in einem gegebenen Programmteil benötigt werden, ist es vorteilhaft, sie nicht oder nicht ungeprüft und/oder nicht vollständig zu entfernen.
Mit dem Re-Timer werden dann gegebenenfalls Register eingefügt. Es sei erwähnt, dass es prinzipiell möglich ist, die Register an beliebiger Stelle im Hardwaremodul wie erforderlich einzusetzen. Insbesondere ist es möglich, dann, wenn ausschließlich auf Performanceeffizient geachtet werden muss, Register innerhalb einer (parametrierten) Hyper-PAE, die im Hardwaremodul vorgesehen ist, einzusetzen. Es sei aber darauf hingewiesen, dass ein einfacheres Verfahren des Registerein- fügens erhalten wird, wenn an die Schnittstellen zwischen mehreren Hyper-PAEs im zu entwerfenden Hardwaremodul wieder jene Register bzw. ein Teil jener Register eingefügt wird, die zunächst entfernt worden sind. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, dass an diesen Stellen eine optimale Einfügung deshalb möglich ist, weil die gesamte Ausgangsdefinition der Hyper-PAEs so gewählt ist, dass an diesen Stellen automatisch eine Einfügung möglich ist. Hingewiesen wird auf die entspre- chende Figur. Dort ist für ein nur beispielhaft pipelineartiges, nur beispielhaft unverzweigtes Hardwarmodul gezeigt, wie zunächst Register entfernt werden. Diese sind als „remove- registers" schraffiert dargestellt. Diese Register sind bei den Hyper-PAEs, die in parametrierter Form der Hardwaremodul - beschreibung herangezogen sind, die Eingangs-/Ausgangs-Protokoll -Register, also beispielsweise die FREG-/BREG der Hyper-PAEs. Alternativ ist es möglich, PAEs ohne FREG-/BREG nur mit jenen Registern vorzusehen, die im unmittelbaren Ankopp- lungsweg der ALUs und anderer Logikelemente zur Operandenver- knüpfung in der PAE in den Verbindungen zu den Bussen als
Protokollregister vorgesehen sind. Verwiesen wird insbesondere auf OREG und RREG aus PCT/DE 97/02949 (PACT02/PCT) . Die neu eingefügten Register, die nach Entfernung der schraffierten Register das Balancing bzw. die gewünschte Performan- ce/Flächeneffizient/Latenz sicherstellen, sind in der Figur gestrichelt gezeichnet und als „inserted register" bzw. für mehrstufige Register als „inserted FIFO" bezeichnet. Es sei noch einmal darauf hingewiesen, dass die dargestellte Einfügung von Registern, FIFOs und dergleichen zwischen den vordefinierten Hyper-PAEs nicht nur die bauliche Auslegung vereinfacht, sondern auch die Überprüfung und Berechnung der Verzögerungszeiten über die im Hardwaremodul vorgesehenen Schaltkreise erleichtert, da das Laufzeitverhalten etc. der zugrundeliegenden Elemente als gut bekannt beim Registerent- fernungs- bzw. Retiming-Schritt angenommen werden kann, was ein gegebenenfalls iteratives Herangehen an die Re-Timing- Aufgabe erleichtert. Zudem ist das Einfügen von Registern zwischen den vorverwendeten und zugrundeliegenden (paramet- rierten) Hyper-PAEs besonders flächeneffizient, da z. B. bei Verwendung allgemeiner ALUs in den Hyper-PAEs dort eine Viel- zahl von Registern erfordern würde, obgleich die Einfügun g auch dort, etwa zur Erzielung besonders hoher Frequenzen, ohne weiteres möglich wäre. Zudem ergibt sich kaum ein positiver Effekt bei Schnitt innerhalb einer ALU bzw. eines PAE- Kerns .
Es sei im übrigen erwähnt, dass es ohne weiteres möglich ist, ein Hardwaremodul so auszugestalten, dass es mit einer anderen als der für ein XPP-FeId oder anderes rekonfigurierbares Einheitenfeld vorgesehenen Arbeitsfrequenz zu laufen hat. Ei- nerseits ist es möglich, die Frequenzen niedriger zu wählen, etwa um Latenzen zu reduzieren, die Fläche zu reduzieren und/oder den Stromverbrauch zu verringern. Dass gegebenenfalls zur Verringerung des Stromverbrauches mit anderen Hardware-Definitionen wie etwa unterschiedlichen Gate-Dicken von Transistoren im Vergleich zu einem rekonfigurierbaren, gleichfalls vorzusehenden Prozessorfeld gearbeitet werden kann, sei der Vollständigkeit halber mitoffenbart. Alternativ zu den rein stromsparenden Betrachtungen ist es auch möglich, in bestimmten Fällen die Hardwaremodule für eine bestimmte Frequenz auszulegen, was insbesondere dann vorteilhaft sein kann, wenn ein besonders hoher Datendurchsatz mit dem Hard- waremodul benötigt wird und/oder dort höchst rechenintensive Aufgaben abzuarbeiten sind.
Es sei im übrigen darauf hingewiesen, dass die einzusetzenden bzw. neu einzuschiebenden oder wieder einzuschiebenden Regis- ter- oder FIFO-Stufen nicht nur im Hinblick auf z. B. Laten- zen verwendbar sind, sondern auch um eine gegebenenfalls durch die anfängliche Entfernung von Registern zerstörte Ausbalancierung von Datenflusspfaden wiederherzustellen. Es sei darauf hingewiesen, dass zunächst nach Entfernung der Regis- ter automatisch ein ausbalancierter Datenpfad vorliegt, gegebenenfalls aber Timing-Bedingungen nicht eingehalten werden; dass dann durch das Einfügen zusätzlicher Register zunächst das Timingverhalten wiederhergestellt wird, dadurch aber das Balancing zwischen einzelnen Datenpfaden gestört sein kann. Um nach Wiederherstellung der Timing-Bedingungen und -
Anforderungen auch noch das Balancing herzustellen, kann aber ohne weiteres auf die aus dem Stand der Technik, insbesondere von der Anmelderin stammende Techniken zum Ausbalancieren Rückgriff genommen werden, unter Verwendung insbesondere ge- nau jener Algorithmen, auf die auch im Bau von Kompilern wie für einen NML-Kompiler zur Berechnung von lauffähigen Konfigurationen Rückgriff genommen wird. Verwiesen wird insbesondere auf die Anmeldungen PCT/EP 02/10065 (PACTll/PCTE) , PCT/EP 02/06865 (PACT20/PCTE) , PCT/EP 03/00624 (PACT27/PCTE) , PCT/EP 2004/009640 (PACT48/PCTE) . Dort sind geeignete Verfahren zum Ausbalancieren beschrieben. Die Ausgabe aus dem Re-Timer ist danach ein durch Rückgriff auf die Hyper-PAEs bzw. Elemente der quasimaximalfreien Hy- permenge zweifelsfrei lauffähiger Hardware-Code, der durch das Re-Timing frequenz- und/oder durchsatzoptimiert ist. Zu- dem ergibt sich eine automatische Flächenoptimierung. Die so erhaltene Definition neuer Hardwarebereiche als Hart-Module kann nun in die [XPP] -Library eingebunden werden. Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, die so bestimmten Hardwaremodulfunktionalitäten in ein XPP-FeId oder, allgemeiner, ein Feld rekonfigurierbarer und/oder teilweise rekonfigurierbarer Elemente zu integrieren und/oder an ein solches anzubinden. Eine Möglichkeit besteht beispielsweise, eine vollständige PAE vorzusehen, die als Zentralfunktionalität keine ALU oder keinen einzelnen Sequenzer aufweist, sondern die spezifizier- te Hardwarefunktionalität des Hardwaremoduls. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn bei einer solchen PAE, wie in PCT/EP 01/08534 (PACT14/PCT) vorgeschlagener Weise eine nach außen gleiche Geometrie und insbesondere Anschluß-Geometrie vorgesehen wird, wie bei anderen PAEs des Feldes. Dies hat den großen Vorteil, dass die Homogenität des Feldes weitestgehend unbeeinträchtigt bleibt. Alternativ und/oder zusätzlich ist es möglich, ein Anbinden ohne eine entsprechende Beachtung von Formfaktoren, vergleiche DE 102 36 269.6 und DE 102 38 172.0-53 (PACT36 und 361) und dergleichen zu erzielen, indem die spezifischen Hardwaremodule neben das eigentliche Feld gesetzt werden. Dabei ist es möglich, eine integrale Fertigung vorzusehen, und/oder die Teile separat zu fertigen und dann durch Busse, über RAMs und dergleichen mit dem rekonfi- gurierbaren Feld kommunizieren zu lassen, vergleiche SOC- Technologie usw. Andere Möglichkeiten der Anbindung werden beschrieben in den Figuren.
Fig. 5a zeigt links eine Kombination eines XPP-Feldes oder FPGA-Feldes mit einem Hardwaremodul der vorliegenden Erfindung, wobei die Ankopplung des Hardwaremoduls an das Feld ü- ber FIFO-Speicher im Ein- und/oder Ausgabeweg vonstatten geht, bevorzugt über FIFOs in beiden Wegen. Prinzipiell wird durch das Vorsehen eines FIFO-Speichers zwischen dem oder je- dem Hardwaremodul der vorliegenden Erfindung bereits eine Entkopplung erreicht, die ein insbesondere hinsichtlich der Verarbeitungsgeschwindigkeit "unabhängigeres Vorgehen und eine abweichende Taktung usw. erlaubt.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn den ausgetauschten Datenpaketen eine Identifikationsinformation in Form eines Paketheaders oder zusätzlicher Identifikationsbits an jedem einzelnen Wort oder dergleichen mitgegeben werden. Auf diese Weise ist es etwa möglich, mit entweder dem Hardwaremodul und/oder dem XPP- bzw. FPGA- oder anderem Feld unterschiedliche Aufgaben in einer Multithread- , Hyperthread- , Multitask-, Timeslot- oder anderen Weise durchzuführen und dann, trotz der über die FIFOs bewirkten, vergleichsweise losen Kopplung doch Sorge dafür zu tragen, dass ein ausgetauschtes Datenpa- ket oder Datenwort die richtige Verarbeitung am Empfänger, das heißt im Hardwaremodul bzw. dem XPP-FeId oder dergleichen, erfährt.
Es sei erwähnt, dass es bereits hilfreich ist, wenn eine I- dentifikationsinformation im Hardwaremodul unverändert bleibt und/oder nur so verändert wird, dass das zugehörige Datenpaket nach Rücksendung des Verarbeitungsergebnisses an den Emp- fänger, also beispielsweise das XPP-FeId, auf die vorgesehene Weise verarbeitet wird, beispielsweise indem es mit der richtigen Konfiguration weiterverarbeitet wird.
Alternativ und/der zusätzlich ist es aber möglich, an Stelle einer reinen Identifikationsinformation und/oder zusätzlich zu dieser auch Steuerungsbefehle oder dergleichen mit zu ü- bertragen, um beispielsweise bei geringfügig veränderbaren Hardwaremodulen auszuwählen, ob etwa eine Addition oder Sub- traktion von aufeinanderfolgenden Operanden auszuführen ist und dergleichen. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass eine erhöhte Flexibilität der Programmierung bis hin zu selbstmodifizierendem Code erreicht wird.
In Fig. 5b ist gezeigt, wie zur Ankopplung eines Hardwaremoduls im Ein- und/oder Ausgabeweg mehrere, jetzt nicht als FI- FOs, sondern als RAM-Speicher, insbesondere sogar als RAM- PAEs ausgebildete Kopplungselemente vorgesehen werden können. Dies erlaubt es insbesondere, sowohl zum Schreiben von Daten aus dem Feld für das Hardwaremodul als auch beim Schreiben vom Hardwaremodul für das Feld, das heißt beim Übertrag von Daten vom Feld an das Hardwaremodul einerseits und bei der (hier:) Rückgabe von Ergebnissen aus dem Hardwaremodul an das Feld andererseits jeweils dedizierte Speicherbereiche vorzu- sehen. Dies erleichtert einerseits die Handhabung mit unterschiedlichen Konfigurationen und ermöglicht andererseits beispielsweise Priorisierungen, indem überwiegend und bevorzugt auf einem ersten Speicherbereich gearbeitet, das heißt gelesen und geschrieben wird, und nur dann, wenn hinreichend oft auf dem ersten Speicherbereich eine Datenbearbeitung erfolgt ist und/oder dort keine Daten vorliegen, auf andere Speicherbereiche und damit andere Aufgaben Rückgriff genommen wird. Es sei im übrigen erwähnt, dass dort, wo vorliegend von der Dateneingabe aus dem XPP-FeId und der Ergebnisübergabe an dasselbe die Rede ist? auch ein umgekehrter Verlauf möglich ist, indem das Hardwaremodul das XPP-FeId als flexibleres Datenverarbeitungselement nutzen kann und/oder wo Mischformen möglich sind, also Daten ping-pong-artig oder auf weniger reguläre Weise für eine Gesamtbearbeitung hin und her geschoben werden .
Fig. 6a zeigt eine Variante, wobei wiederum Daten über FIFO- Speicher austauschbar sind und insbesondere wieder zumindest entweder im Ein- und, bevorzugt oder auch im Ausgabezweig FI- FO-Speicher vorliegen. Zusätzlich dazu werden nun Trigger- Vektoren übertragen. Hinsichtlich der Bedeutung und Anwendung von Trigger-Vektoren wird verwiesen auf die WO 98/35299 (PACT08/PCT) . Die Kombination von Identifikationsinformationen mit Programmierinformationen und/oder Trigger- Informationen bzw. Statusinformationen, die ausgetauscht wer- den, um bestimmte Datenverarbeitungen oder Prozesse auszulösen, sei noch einmal explizit erwähnt.
In Fig. 6b ist gezeigt, dass beim Datenaustausch eine „time- stamp", das heißt eine Information über den Zeitrang bzw. die Zeitgültigkeit des Datenpaketes mitübertragen wird; im vorliegenden Fall, der in Fig. 6b dargestellt ist, erfolgt diese Übertragung in Lese-Schreib-Speicher (RAMs) . Die Zeitmarke, die mitübertragen wird, kann dazu dienen, jene Datenpakete auszuwählen, mit welchen als nächstes eine Verarbeitung er- folgen soll. Es sei darauf hingewiesen, dass auf diese Art und Weise eine besonders günstige Steuerung der Datenverarbeitung möglich ist. Die eigentliche Vorgehensweise, bei der Datenflussverar- beitung Zeitmarken mit einem Datenwort oder Datenpaket mitzu- senden, ist dabei bereits beschrieben in der WO 02/071249 (PACT18/PCTE, Metzgerprotokoll; butcher-protocol) . Es sei, ungeachtet der Tatsache, dass durch Bezugnahme das Dokument WO 02/071249 vollumfänglich zu Offenbarungszwecken miteingegliedert ist, gleichwohl explizit darauf hingewiesen, dass das Zuordnen einer Zeitmarke zu Datenpaketen es ermöglicht, sowohl eine Datenreihenfolge zu beliebigen späteren Zeiten zu rekonstruieren und/oder wieder herzustellen, als auch darü- berhinaus Operanden wie erforderlich miteinander zu verknüpfen, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn Operanden zuliefernde Zweige hinsichtlich der Latenzzeiten balanciert sind.
Es sei erwähnt, dass so, wie für Fig. 6b Bezug genommen wurde auf die WO 02/071249 (PACTl8/PCTE) , mit den anderen Figuren Bezug genommen wird auf die WO 02/071248 (PACT15/PCTE) und die WO 02/071196 (PACT25/ PCTE) für Fig. 5a sowie WO 02/071196 (PACT25/PCTE) und WO 98/29952 (PACT04/PCT) für Fig. 5b sowie WO 98/35299 (PACT08/PCT) und WO 02/071196 (PACT25/PCTE) für Fig. 6a, und dass sämtliche der genannten Schriften jeweils vollumfänglich zu Offenbarungszwecken einzeln und in Kombination mit eingegliedert sind.
Es sei erwähnt, dass im übrigen die hier erwähnten und offenbarten Kopplungsverfahren auch kombinierbar sind, beispiels- weise durch Vorschaltung eines FIFOs an eine RAM-PAE unter paralleler Mitübertragung von Zeitmarken und dergleichen. Es sei erwähnt, dass, was die physikalische Anbindbarkeit der Hardwaremodule angeht, diese entweder durch Einbindung in das interne Bussystem der XPP oder eines anderen Prozessorfeldes ankoppelbar sind und/oder über externe, gegebenenfalls gebün- delte Eingabe- /Ausgabeleitungen. Auf die Möglichkeit, eine Vielzahl einzelner Eingabe-/Ausgabeleitungen zu Bussen zusammenzufassen, um etwa bei feinstgranularen Feldern eine An- kopplung der Hardwaremodule zu erhalten, sei hingewiesen. Hingewiesen wird in diesem Zusammenhang auf die WO 02/29600 (PACT22aII/PCTE) sowie die damit prioritätsmäßig verbundenen Paralielschutzrechte, die allesamt zu Offenbarungszwecken vollumfänglich eingegliedert ""sind.
In Fig. 8 ist hinsichtlich der räumlichen Anordnung von Hard- waremodulen oder Hardwareteilen der vorliegenden Erfindung in XPP- oder anderen Feldern dargestellt, dass diese entweder als Spalten oder Zeilen randseitig an einem Feld vorgesehen sein können, wobei einleuchtenderweise gegebenenfalls auch ein Feld von solchen Hardwaremodulen oder Hardwareteilen um- gebbar wäre und/oder dass einzelne Elemente oder Feldgruppen über das Feld verteilt sein können, wie in Fig. 8 links unten dargestellt. Alternativ sei erwähnt, dass ein Hardwareelement und/oder eine Gruppe von Hardwareelementen gemäß der vorliegenden Erfindung auch neben ein XPP- oder anderes Feld setz- bar wäre beziehungsweise, entsprechende Fertigungsprozesse unterstellt, auf diesen oder unter diesem plazierbar wäre. Die Verwendbarkeit durch Integration auf einen einzigen, gemeinsam gefertigten Chip, sei als Möglichkeit in gleicher Weise offenbart wie jene, die separaten Elemente getrennt zu fertigen und zu verbinden. Es versteht sich, dass bei den Varianten, in denen die Hardwaremodule der vorliegenden Erfindung engst mit dem Feld verknüpft sind, weil sie eine zwi- schengesetzte Spalte bilden, eine randseitige Spalte, Umrandung und/oder in einem Feld vorgesehene Elemente darstellen, die Anordnung bevorzugt über interne Busse verbunden ist, wohingegen bei Anordnung neben dem Feld eine Verbindung über I/O-Anschlüsse bevorzugt ist. Bei randseitiger Anordnung können alternativ Anbindungen über I/O-Ports und/oder über interne Busse erfolgen. Es sei auch erwähnt, dass gegebenenfalls über die Hardwareelemente, die zwischen Feldelemente gesetzt sind, Busleitungen oder andere Leitungen hinweggezo- gen werden können. Auch können Hardwareelemente, die in ein Feld gesetzt werden, durch separate Leitungen wie erforderlich verbindbar sein. Eindeutig bevorzugt ist im übrigen die Anordnung in Spalten, wobei abhängig davon, für welche Zwecke eine Datenverarbeitungseinheit mit Hardwareteil der vorlie- genden Erfindung verwendet werden soll, eine randseitige oder Zwischensetzung der Spalte bevorzugt ist.
In einer bevorzugten Variante wird die Anzahl der Hardwaremodule so gewählt werden, dass einerseits die anstehenden Da- tenverarbeitungsaufgaben schnell und effizient lösbar sind, und andererseits der Formfaktor bei Einsetzen in oder an ein Feld beachtet wird.
Es sei in diesem Zusammenhang im übrigen erwähnt, dass gege- benenfalls die Hardwaremodule der vorliegenden Erfindung auch bei enger Ankopplung an ein Feld zusätzlich eigene I/O- Anschlüsse zur Kommunikation mit externen Elementen wie Speichern und dergleichen aufweisen können.
Nach Fig. 9 ist es im übrigen möglich, eine Verbindung zwischen den Hardwaremodulen der vorliegenden Erfindung untereinander und/oder bestimmten Feldelementteilen zu ermögli- chen, die entweder dauerhaft fest ist, bevorzugt aber alternativ nur temporär aufgebaut ist. Dies geht insbesondere dann ohne weiteres, wenn ein hierarchisch geordnetes Bussystem globale Busleitungen -zulässt, die auf- und/oder abbaubar sind. Hinsichtlich des Busleitungsauf- bzw. -abbaus sei unter Eingliederung der gesamten Offenbarung der Schrift WO 98/35294 (PACT07/PCT) auf diese hingewiesen.
Es sei darauf hingewiesen, dass vor dem Bau einer Maske zur Herstellung eines dedizierten Chips gegebenenfalls auf eine Emulation Rückgriff genommen werden kann, wobei die Hardwareteile mit FPGA emuliert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass der Anmelder bereits vorgeschlagen hat, XPP-Felder zu bauen, bei denen PAEs vorgesehen sind, die kleine FPGA-Felder darstellen können. Durch geeignete Be-/Verschaltung mehrerer solcher FPGA-PAEs können dann gegebenenfalls die Hardware- Strukturen emuliert werden. Es ist dann möglich, durch einen geeignet ausgelegten XPP-Test-Chip mit FPGA-PAEs eine Verifikation bzw. Emulation eines personalisierten bzw. kundenspe- zifizierten Designs zu emulieren.
Während vorstehend angegeben wurde, dass Hardwaremodule aufgebaut werden können durch nur beispielhaft linear hintereinander angeordnete Hyper-PAEs, die auf geeignete Weise para- metriert und festgelegt werden, ist dies nicht zwingend erforderlich. Es kann vorteilhaft sein, nicht jeder Operandenverknüpfung im Programmteil eine eigene PAE zuzuordnen und ein lineares Abarbeiten vorzusehen. Vielmehr wäre, insbesondere bei besonders komplexen Programmteilen, es auch möglich, die Programmteile wiederum in eine Mehrzahl unterschiedlicher, auf dem Hartmodul abzuarbeitender Konfigurationen zu zerlegen. In einem solchen Fall könnte beispielsweise festge- stellt werden, dass ein bestimmter Schnitt zur Zerlegung des Programmteiles in zwei Konfigurationen vorteilhaft wäre. Die Art und Weise wie derartige Schnitte gelegt werden können, ist per se bekannt. Verwiesen wird insbesondere auf PCT/EP 02/10065 (PACT11/PCTE) . Wenn ein solches Vorgehen gewünscht ist, wird typisch der Funktionsumfang des Hartmoduls so gewählt, dass der Funktionsumfang an der gewünschten Stelle jeweils der Vereinigungsmenge der mit unterschiedlichen Konfigurationen ausgeführten bzw. auszuführenden Operandenverknüp- fungen etc. entspricht. Es sei darauf hingewiesen, dass gegebenenfalls bei einer Mehrkonfigurations-Hartmodul -Definition Festkonfigurationen vorgesehen werden können, die fest im Hartmodul vorgesehen sind, vergleiche PCT/EP 03/08080 (PACT30/PCTE) .
Weiter sei darauf hingewiesen, dass bevorzugt, wenn mehrere Konfigurationen auf dem Hartmodul sukzessive abgearbeitet werden sollen, die Funktionsumfänge der einzelnen Hartmodulbereiche, die durch Parametrierung, das heißt Festlegung von Parametern der Hyper-PAEs erhalten werden, so gewählt werden, dass jeweilige Recheneinheiten einzeln betrachtet einen noch minimalen Funktionsumfang besitzen. Dies kann womöglich dadurch geschehen, dass die Konfigurationen, die geteilt werden, so ausgeführt werden, dass immer in derselben PAE MuI- tiplikationen durchgeführt werden, wenn in jeder Konfiguration nur eine Multiplikation erforderlich ist, und statt einer Multipliziererstufe in einer anderen PAE die gegebenenfalls mit geringerem Flächenaufwand zur Datenrückführung oder Datenleitung erforderlichen, von einer bestimmten Konfiguration anzusprechenden Datenleitungen, insbesondere auch hier als
Next-Neighbour-Verbindungen auszuführende Leitungen implementiert werden.

Claims

Titel : HardwaredefinitionsverfahrenPatentansprüche
1. Verfahren zur Hardwaredefinition, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bibliothek paramatrierbarer, lauffähiger Elemente bereitgestellt , eine Parameter-Auswahl vorgenommen, die Elemente mit ausgewählten Parametern zusammengestellt und dann die Zusammenstellung vereinfacht wird.
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