空間任務(wù)中的重組計(jì)算和軟件無線電（doc 7頁(yè)）.doc

空間任務(wù)中的重組計(jì)算與軟件無線電胡行毅（中科院空間中心，100080）摘要 重組計(jì)算與軟件無線電在本質(zhì)上是同義語(yǔ)，都能適應(yīng)變化的應(yīng)用。重組計(jì)算的概念早就提出，直到近年來，F(xiàn)PGA器件性能和規(guī)模的提升，特別是軟件工具的改善，IP核庫(kù)的支持以及軟件無線電的快速發(fā)展，使之在軍事和空間應(yīng)用中作為一種設(shè)計(jì)方法而越來越重要。為此討論了在空間任務(wù)中對(duì)于重組計(jì)算的需求、特點(diǎn)、應(yīng)用、問題及前景。關(guān)鍵詞 重組計(jì)算，空間1 概述 重組計(jì)算（RC）的概念至少可追溯到上一世紀(jì)八十年代，重組計(jì)算也稱為可重配置計(jì)算或可重構(gòu)計(jì)算，有時(shí)也稱自適應(yīng)計(jì)算。其含義是：無論是對(duì)芯片、電路和系統(tǒng)都可提供一種介于可編程體系結(jié)構(gòu)和專用集成電路體系結(jié)構(gòu)之間的計(jì)算手段，使得計(jì)算模式可以變更?？删幊腆w系結(jié)構(gòu)的代表是數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，專用集成電路體系結(jié)構(gòu)的代表是專用集成電路（ASIC）。二者若按應(yīng)用需求比較，DSP具有大的應(yīng)用靈活性和低的應(yīng)用目標(biāo)性能，ASIC具有高的應(yīng)用目標(biāo)性能和差的應(yīng)用靈活性。而應(yīng)用需求往往是既要求高的性能，又要求好的靈活性，這種應(yīng)用需求導(dǎo)致了重組計(jì)算及其體系結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生和發(fā)展。重組計(jì)算就是要使可重構(gòu)體系結(jié)構(gòu)兼顧可編程體系結(jié)構(gòu)(DSP)和專用集成電路(ASIC)二者的共同優(yōu)點(diǎn)，能夠根據(jù)不同的應(yīng)用需求，利用改變配置件來改變自身的體系結(jié)構(gòu)，以匹配變化的應(yīng)用需求?？删幊涕T陣列FPGA/PLD器件是可重構(gòu)體系結(jié)構(gòu)的代表，可重構(gòu)體系結(jié)構(gòu)通常包含通用處理器和FPGA器件，一臺(tái)典型的重組計(jì)算機(jī)，其算法的計(jì)算強(qiáng)度是在為增強(qiáng)性能的FPGA上執(zhí)行的。據(jù)研究，一個(gè)好的設(shè)計(jì)和自適應(yīng)計(jì)算機(jī)的執(zhí)行時(shí)間可以較普通只有軟件的計(jì)算機(jī)產(chǎn)生十倍和百倍的性能改進(jìn)。重組計(jì)算由于其算法與配置靈活、適合浮點(diǎn)算法、物理規(guī)?？缮炜s、易于部件與系統(tǒng)的升級(jí)和維護(hù)、能夠?qū)崟r(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)地適應(yīng)變化的應(yīng)用需求，使部件與系統(tǒng)都具有良好的可用性和重用性，因而幾乎在一般性計(jì)算領(lǐng)域的任何應(yīng)用如：通信、遙感、計(jì)算機(jī)、生物遺傳、醫(yī)學(xué)圖像、高能物理以及信息安全等方面重組計(jì)算均得到了廣泛的應(yīng)用并具有發(fā)展?jié)摿Α?軟件無線電（SR）實(shí)際就是射頻數(shù)字化后的可重配置的無線通信系統(tǒng)，軟件無線電設(shè)備是重組計(jì)算非常理想的應(yīng)用目標(biāo)，因而它與重組計(jì)算在本質(zhì)上是同義語(yǔ)。移動(dòng)通信的多標(biāo)準(zhǔn)射頻、多調(diào)制體制識(shí)別和基帶信號(hào)處理需要密集計(jì)算任務(wù)和自適應(yīng)計(jì)算模型，智能天線波束賦形算法與波束形成需要現(xiàn)場(chǎng)快速實(shí)現(xiàn)。目前在手機(jī)和無線基站中都廣泛采用了軟件無線電技術(shù)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的無線通信器件也用軟件無線電來實(shí)現(xiàn)物理層和鏈路層功能，以達(dá)到空氣層介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)光纖層介質(zhì)間的無縫接口。和傳統(tǒng)的模擬通信機(jī)相比，軟件無線電數(shù)字通信機(jī)具有更小的尺寸和更輕的重量、更節(jié)約的能源、更靈活和更可靠，因而有極高的性價(jià)比。如何利用DSP和FPGA等可編程器件，在公共的硬件平臺(tái)上解決各種不同制式的空間接口已成為很多通信公司研究的主要課題。研究表明，在現(xiàn)階段軟件無線電結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)建中，F(xiàn)PGA具有較好的性能，尤其是針對(duì)高性能并行運(yùn)算比目前廣泛使用的DSP在性能上具有明顯的優(yōu)勢(shì)，前者不但可以提高運(yùn)算速度，更重要的是它可通過有效而靈活的設(shè)計(jì)方法提高系統(tǒng)硬件的整體工效，盡可能使系統(tǒng)中所有邏輯資源處于有效工作狀態(tài)，降低系統(tǒng)功率。這是目前一些專用芯片ASIC和DSP都難以做到的。軟件無線電的出現(xiàn)改變了通信系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。隨著移動(dòng)通信技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的不斷更新，軟件無線電在移動(dòng)通信中日益受到高度重視，這也促進(jìn)了重組計(jì)算的應(yīng)用和發(fā)展。 重組計(jì)算在1985年第一片F(xiàn)PGA器件出現(xiàn)后，就有力地推動(dòng)了重組計(jì)算在商業(yè)上的應(yīng)用。80年代末期，在美國(guó)國(guó)家安全局的贊助下，美國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用中心(NCSA)開發(fā)出一種叫做斯波萊斯的重組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用于基因鏈的識(shí)別，其速度超過通用型超級(jí)計(jì)算機(jī)的200倍。當(dāng)時(shí)由于適合于重組計(jì)算的芯片技術(shù)、芯片速率、能耗和集成規(guī)模還不夠成熟，以及空基任務(wù)中的一些特殊需求難以滿足，因而，重組計(jì)算技術(shù)未能很快應(yīng)用于空間的空基任務(wù)。到1996年NASA的GSFC在自適應(yīng)科學(xué)數(shù)據(jù)處理項(xiàng)目（ASDP）中開始研究重組計(jì)算技術(shù)用于衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理。項(xiàng)目持續(xù)了三年，建立了世界范圍認(rèn)可的知識(shí)庫(kù)并和美國(guó)國(guó)防先進(jìn)研究項(xiàng)目局（DARPA）的自適應(yīng)計(jì)算系統(tǒng)（ACS）計(jì)劃合作使重組計(jì)算用于空間任務(wù)持續(xù)取得進(jìn)展。NASA繼續(xù)實(shí)行開放的資源計(jì)劃，形成重組計(jì)算功能公共庫(kù)。在NASA新千年計(jì)劃中重組計(jì)算仍是重點(diǎn)之一。近年來，F(xiàn)PGA、DSP芯片的規(guī)模和性能大幅提高，軟件無線電在移動(dòng)通信技術(shù)中的的快速發(fā)展，以及可以提供大量的軟件開發(fā)工具和IP核庫(kù)的支持，在空間應(yīng)用中設(shè)計(jì)成功了同時(shí)提供軟件的靈活性和專用硬件的高速度的可重組處理器和可重組操作系統(tǒng)，從而對(duì)應(yīng)用需求的特定功能實(shí)現(xiàn)硬件加速和軟件動(dòng)態(tài)加載。重組計(jì)算和軟件無線電技術(shù)逐漸擴(kuò)展成為一種優(yōu)越的匹配空間任務(wù)需求的設(shè)計(jì)方法。這項(xiàng)新技術(shù)克服了傳統(tǒng)的基于硬件和軟件研制方式的局限性，對(duì)于降低投資風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)原有投資長(zhǎng)期有效等方面開創(chuàng)了一個(gè)全新的系統(tǒng)研制方法。 在我國(guó)，基本上和國(guó)際商業(yè)應(yīng)用同步，門陣列得到部件級(jí)的應(yīng)用。1997年美國(guó)TSI TelSys公司及美國(guó)SoftTech系統(tǒng)公司在華介紹了該公司在空間應(yīng)用的地面CCSDS TTC測(cè)控系統(tǒng)和多任務(wù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的商業(yè)產(chǎn)品，它們是一種基于重組計(jì)算的PC板卡式的測(cè)控設(shè)備。之后，法國(guó)CORTEX公司也介紹了該公司的TTC商業(yè)類似產(chǎn)品。重組計(jì)算在我國(guó)空間任務(wù)的局部系統(tǒng)和部件中得到應(yīng)用。2 空間任務(wù)需求 為滿足空間應(yīng)用任務(wù)不斷增長(zhǎng)的需求，天地一體化的空間任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)也不斷提出了對(duì)航天器系統(tǒng)及其地面系統(tǒng)的高要求，需要有自主/自治和自檢/重構(gòu)等技術(shù)支持?？臻g任務(wù)新概念的研究也需要提供相應(yīng)的技術(shù)，例如：利用高密度FPGA的單片航天器（多個(gè)百萬門級(jí)器件）概念的提出。FPGA單片航天器在整體上需要重構(gòu)并自適應(yīng)于衛(wèi)星星座/編隊(duì)、智能傳感器網(wǎng)和亞微小衛(wèi)星等互異的任務(wù)配置。這些都需要天基設(shè)備增強(qiáng)星上處理和存儲(chǔ)能力以及星間信息交換能力，需要地面設(shè)備除具備天地互連、互通、互操作的相應(yīng)處理外，還能應(yīng)對(duì)地面系統(tǒng)的模型化挑戰(zhàn)以降低資源配置量、能耗和成本。 適應(yīng)于快、好、省的較小的空間多任務(wù)發(fā)展的具體技術(shù)需求綜合為：航天器在軌期間，有時(shí)需要星載軟件全部或部分重啟。航天器在軌期間，無人航天器的電子學(xué)部分有時(shí)需要通過上行鏈路在物理上進(jìn)行升級(jí)和維修。為了克服設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，需要上載改進(jìn)的星載處理算法或者為了響應(yīng)空間任務(wù)與系統(tǒng)功能的變更和在軌按需重組并優(yōu)化。為了減少重量和功耗，在同一任務(wù)的不同階段需要對(duì)同一個(gè)電路或部件進(jìn)行不同的配置。部件與系統(tǒng)的空間故障處理、隔離和修復(fù)。例如：在部分器件出現(xiàn)故障時(shí)可以重新編程使用器件的其余部分。在一般電路板上實(shí)現(xiàn)用戶個(gè)性化應(yīng)用的需求，降低了小容量航天器設(shè)計(jì)的高昂流片費(fèi)用（NRE）。使物理和環(huán)境費(fèi)用也能跨任務(wù)共享。對(duì)于那些需求不完全由發(fā)射階段定義的或是進(jìn)入時(shí)間非常短的任務(wù)，需要提供在飛行中的附加安全余量?？臻g任務(wù)自主與自治的執(zhí)行。需要數(shù)據(jù)融合的并行多處理系統(tǒng)。天基通信網(wǎng)和天地通信網(wǎng)的互連、互通、互操作。地基自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別和地基的高效率處理和建模的高性能計(jì)算技術(shù)。增加產(chǎn)品的重用性和空間產(chǎn)品的生命周期，大大降低價(jià)格。3 空間任務(wù)應(yīng)用 綜上所述，空間應(yīng)用的重組計(jì)算和軟件無線電的特點(diǎn)是：需要建立在硬件和軟件之間的配置件用來重組和控制硬件器件的硬件配置可按需變化配置的速度隨器件變化，F(xiàn)PGA達(dá)到1ms至幾十ms的可重配置變換運(yùn)行時(shí)間的應(yīng)用。重用與共享使尺寸、重量、能耗降低。適合于流數(shù)據(jù)處理和高速并行同步流水線計(jì)算模式。 根據(jù)空間任務(wù)的需求和目前芯片技術(shù)的可能，重組計(jì)算技術(shù)和軟件無線電技術(shù)無論是在空間任務(wù)的空基設(shè)備或是地面設(shè)備中都已經(jīng)得到相當(dāng)大的發(fā)展。基于重組計(jì)算上的高性能的衛(wèi)星計(jì)算使衛(wèi)星設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)便，衛(wèi)星性能更好，成本降低和更靈活。重組計(jì)算主要可用于：自主航天器，高性能計(jì)算的有效載荷和航天地面系統(tǒng)。適合計(jì)算強(qiáng)度高的航天器中的數(shù)字濾波器、像素讀出校正、超光譜影像數(shù)據(jù)變換和目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤。重組計(jì)算已經(jīng)在一些國(guó)際空間項(xiàng)目中得到印象深刻的應(yīng)用。 澳大利亞的低軌道科學(xué)微衛(wèi)星任務(wù)FedSat-1的自適應(yīng)儀器模塊有效載荷，它是一個(gè)試驗(yàn)高性能計(jì)算的有效載荷HPC-1，也是世界上第一個(gè)在空間使用重組計(jì)算技術(shù)的有效載荷。HPC-1是一個(gè)提供高計(jì)算容量和靈活性的硬件，它能運(yùn)行不同的功能和應(yīng)用。硬件的重配置過程是通過從地面加載不同的配置文件的軟件來完成的。HPC-1的EDAC系統(tǒng)不斷檢測(cè)并校正高輻射空間環(huán)境引起的錯(cuò)誤。這個(gè)高復(fù)雜度的計(jì)算機(jī)對(duì)于智能型衛(wèi)星的實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)星載處理是一個(gè)有效的和有效率的平臺(tái)。HPC-1有效載荷具有如下特點(diǎn)：用在軌升級(jí)硬件設(shè)計(jì)來改進(jìn)系統(tǒng)性能。冗余容錯(cuò)，降低能耗，靈活的計(jì)算平臺(tái)可以適應(yīng)任務(wù)變化需求的不同應(yīng)用。有效載荷HPC-1證明了重組計(jì)算的空間應(yīng)用經(jīng)受了空間嚴(yán)峻和敵對(duì)環(huán)境的考驗(yàn)，試驗(yàn)表明重組計(jì)算這種設(shè)計(jì)觀念的有效性。 國(guó)際空間站和約翰遜航天中心（JSFC）在空間操作技術(shù)上采用了QuickFlex公司給出的供艙外活動(dòng)（EVA）救援用的輔助設(shè)備（SAFER）的關(guān)鍵部分，稱為QuickFlex技術(shù)方案。該方案提供了一種先進(jìn)的重組計(jì)算工程服務(wù)和動(dòng)態(tài)邏輯運(yùn)行時(shí)間資源管理器（DLRM）軟件作為FPGA的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)管理。由XILINX、ALTERA等公司提供的高性能的FPGA器件使硬件加速和軟件靈活并日益能滿足市場(chǎng)需求而取代專用芯片。QuickFlex的功能強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)邏輯運(yùn)行資源管理軟件協(xié)助NASA的JSFC擺脫了龐大的仿真訓(xùn)練系統(tǒng)。該軟件使NASA 能系統(tǒng)級(jí)地多次按需求實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)改變應(yīng)用配置，而不必重啟系統(tǒng)?；赟RAM FPGA的硬件方案的QuickFlex標(biāo)準(zhǔn)化、多次再加載硬件目標(biāo)和多中斷的配置分配等允許NASA在標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)和取消額外規(guī)劃的計(jì)算機(jī)方面進(jìn)行平衡研發(fā)。QuickFlex方案還提供正在進(jìn)行的通過上行鏈路的多硬件升級(jí)并能減少附加系統(tǒng)和文件的費(fèi)用、可安裝的升級(jí)實(shí)施費(fèi)用以及降低現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)施、服務(wù)、支持與后勤等大量的開銷。 NASA在空基應(yīng)用的多衛(wèi)星虛擬專網(wǎng)中為衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)采用了可重配置協(xié)議芯片。在衛(wèi)星編隊(duì)的自適應(yīng)科學(xué)操作中采用分布式實(shí)時(shí)重組計(jì)算。 基于自適應(yīng)目標(biāo)識(shí)別中的動(dòng)態(tài)重組計(jì)算的圖像處理系統(tǒng)。NASA GSFC地面高速率（150MHb/s）的圖像恢復(fù)處理中計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的最佳配置。研究表明，采用重組計(jì)算約有11倍的性能改善。在系統(tǒng)軟件版本升級(jí)中也有較高的可靠性。 軟件無線電在空間的典型應(yīng)用是現(xiàn)代移動(dòng)通信衛(wèi)星的有效載荷。寬帶多媒體衛(wèi)星有效載荷采用的星上解調(diào)處理方案，用軟件無線電實(shí)現(xiàn)了再生轉(zhuǎn)發(fā)有效載荷的結(jié)構(gòu)和功能，因而軟件無線電可以實(shí)現(xiàn)星載的再生有效載荷。例如：MF-TDMA可以在二中頻后數(shù)字化以后，接收部分的分路，解調(diào)，解碼等主要功能以及基帶處理部分和發(fā)射部分的包交換和編碼等功能均可用軟件無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)?？芍嘏涞男l(wèi)星有效載荷的重配過程需要一個(gè)管理控制器，通過它和衛(wèi)星平臺(tái)測(cè)控交換信息。 從以上空間應(yīng)用可以看出：重組計(jì)算技術(shù)不僅要求盡可能地能動(dòng)態(tài)地改進(jìn)性能或故障重組，而且要求能作為在不改變硬件情況下迅速提升系統(tǒng)能力適應(yīng)新的任務(wù)的一種方法。4 問題及發(fā)展前景 重組計(jì)算的應(yīng)用中所存在的問題分為空間任務(wù)應(yīng)用問題和器件本身的問題。對(duì)于實(shí)現(xiàn)時(shí)的安全機(jī)制問題在本質(zhì)上是二者共有的。4.1空間任務(wù)應(yīng)用的問題與對(duì)策 問題空間粒子輻照引起存儲(chǔ)器中用以保持FPGA的編程信息的軟件錯(cuò)誤，長(zhǎng)時(shí)間的離子輻照還會(huì)引起電路的硬傷，單粒子事件翻轉(zhuǎn)對(duì)FPGA編程數(shù)據(jù)和片上用戶的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)均有影響，形成FPGA在空間的操作和配置問題。上行鏈路的低帶寬和誤碼不能很好地匹配MODEM FPGA要求的1Mb量級(jí)的相對(duì)較大的配置文件。有限容量的板級(jí)存儲(chǔ)器限制了能存儲(chǔ)的配置文件數(shù)量，存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器（EEPROM、FLASH）中的配置文件也敏感于輻照可能引起的錯(cuò)誤。安全問題。 配置錯(cuò)誤的短期解決方案最簡(jiǎn)單的FPGA的配置誤差檢測(cè)技術(shù)是讀回配置bit流進(jìn)行比對(duì)或CRC校核；用三冗余表決電路剔除錯(cuò)誤的FPGA電路，并在系統(tǒng)仍在工作之下再編程。 配置管理的短期解決方案為了減少星載存儲(chǔ)和傳輸?shù)呐渲梦募捎幂o助上載更新的配置文件的方法。采用專門的壓縮技術(shù)和采用相對(duì)于星載默認(rèn)配置不同的配置格式以減少配置文件大小。使用CRC校驗(yàn)對(duì)配置文件整體進(jìn)行星載監(jiān)控。對(duì)于深空任務(wù)需要專門的糾錯(cuò)措施。 要求專門的宇航級(jí)FPGA的長(zhǎng)期解決方案宇航級(jí)FPGA不僅是抗空間輻照，同時(shí)也在片上配置能連續(xù)平滑操作的糾檢錯(cuò)電路。發(fā)展能甄別FPGA中的永久性損壞的技術(shù)，最可行的就是加載一個(gè)專門的診斷配置裝置。發(fā)展使現(xiàn)有電路設(shè)計(jì)在星上可重配置以避免壞的邏輯單元的技術(shù)。而采用目前的軟件技術(shù)是不切實(shí)際的，必須將這些考慮重新設(shè)計(jì)到FPGA芯片中。在新的單一配置bit翻轉(zhuǎn)錯(cuò)誤模型基礎(chǔ)上，廣泛研究FPGA的檢錯(cuò)或安全錯(cuò)誤邏輯設(shè)計(jì)電路，這些內(nèi)部邏輯門冗余設(shè)計(jì)能使現(xiàn)有的FPGA芯片有很強(qiáng)的容錯(cuò)能力。單一芯片或FPGA多片模塊（MCM）聯(lián)合單元、微控制器、存儲(chǔ)配置的FLASH存儲(chǔ)器和數(shù)/模I/O電路將極大的減少空間任務(wù)的重量和費(fèi)用。 安全策略和機(jī)制要專門研究4.2器件問題與對(duì)策 主要問題 雖然可重構(gòu)體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品發(fā)展非常迅速，但也存在著一些技術(shù)障礙。其中最主要的是：可重構(gòu)體系結(jié)構(gòu)可以按體系結(jié)構(gòu)顆粒度分類，按門級(jí)編程的FPGA最大，CPLD次之，DSP和超大規(guī)模CPU再次之，有馮諾依曼機(jī)結(jié)構(gòu)的運(yùn)算邏輯單元的微處理器最小。有精細(xì)顆粒度的可重構(gòu)體系結(jié)構(gòu)因?yàn)槟苄薷奶幚砥鞯慕Y(jié)構(gòu)近似匹配計(jì)算問題的結(jié)構(gòu)，所以有大的靈活性。但是典型的FPGA的面積只有1%是有用邏輯，90%的芯片面積被連線和配置存儲(chǔ)器占用，嚴(yán)重地降低了使用效率，因而也就增加了面積和費(fèi)用?？傮w上需要折衷。有三種基本的FPGA技術(shù)：反熔絲、FLASH和SRAM。反熔絲架構(gòu)僅能一次編程，F(xiàn)LASH架構(gòu)和SRAM架構(gòu)均可多次編程。迄今SRAM架構(gòu)應(yīng)用最廣泛，適合于靜態(tài)配置，并需要附加組件支持，例如：PROM/FLASH、上電CPLD、保密電池和散熱片等而增加了整體成本。反熔絲架構(gòu)和FLASH架構(gòu)為非揮發(fā)性技術(shù)，適合動(dòng)態(tài)配置。FPGA的配置分為靜態(tài)配置和動(dòng)態(tài)配置。用靜態(tài)配置文件進(jìn)行算法重構(gòu)，不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)改變。靜態(tài)配置文件需要長(zhǎng)的配置設(shè)計(jì)時(shí)間和編譯時(shí)間，不能實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)算法重構(gòu)。靜態(tài)配置文件只能根據(jù)算法的需求，以硬件電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的方式產(chǎn)生，開發(fā)周期長(zhǎng)，投資大。動(dòng)態(tài)配置是基于FLASH架構(gòu)的FPGA，但常規(guī)的SRAM架構(gòu)只能實(shí)現(xiàn)靜態(tài)系統(tǒng)或借助于CPLD實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)重構(gòu)。這是因?yàn)樵撔酒δ艿闹匦屡渲眉s需要數(shù)ms到數(shù)十ms量級(jí)的時(shí)間。而在重新配置數(shù)據(jù)的過程中，舊的邏輯功能消失，新的邏輯功能尚未建立，電路邏輯在時(shí)間軸上不連續(xù)，系統(tǒng)功能無法動(dòng)態(tài)連接。所以，要實(shí)現(xiàn)高速的動(dòng)態(tài)重構(gòu)，要求芯片功能的重新配置時(shí)間縮短到納秒量級(jí)，這就需要對(duì)FPGA的結(jié)構(gòu)進(jìn)行革新，目前還在試驗(yàn)中。在算法上，自然界無序的多值算法現(xiàn)象的處理仍是一個(gè)很大的難題，尤其是算法在計(jì)算問題中信息元素的多樣性、計(jì)算問題的復(fù)雜性，表現(xiàn)出計(jì)算行為和操作的無序和多值化傾向，表現(xiàn)出有限狀態(tài)計(jì)算機(jī)存在著算法在空間和時(shí)間的復(fù)雜性。繼續(xù)降低功耗和成本。運(yùn)算器、浮點(diǎn)流水線，配置性能差，嚴(yán)重降低了運(yùn)算速度。有限的資源，不能適應(yīng)當(dāng)今算法和片上系統(tǒng)（SOC）所需集成的部件。繼續(xù)提高數(shù)據(jù)交換的效率。細(xì)粒度的體系結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)數(shù)據(jù)通路型的粗粒度的多媒體計(jì)算等。因此，器件問題也限定了可重構(gòu)體系結(jié)構(gòu)在空間任務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域中的性能需求和產(chǎn)品需求。 對(duì)策為了解決算法在微電子技術(shù)中實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在可重構(gòu)體系結(jié)構(gòu)和可編程體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了可重組算法邏輯體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想。可重組算法邏輯體系結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了一種不含任何算法的“白裸片”設(shè)計(jì)。實(shí)時(shí)加載重組算法的配置文件。安全策略和機(jī)制要專門研究。4.3發(fā)展前景可以預(yù)見，可重組算法邏輯體系結(jié)構(gòu)的通用CPU芯片，在物理層動(dòng)態(tài)實(shí)施另類指令體系置換設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)指令級(jí)和另類體系結(jié)構(gòu)的兼容設(shè)計(jì)，具有誘人的研究前景和發(fā)展?jié)摿?。遙感應(yīng)用中的災(zāi)害檢測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)由GPS導(dǎo)航、圖像、通信、姿控、數(shù)管、存儲(chǔ)和用戶計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。其中圖像和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)利用重組計(jì)算技術(shù)進(jìn)行星載實(shí)時(shí)圖像處理，以便于對(duì)災(zāi)害的最佳性能檢測(cè)或跟蹤?；谛l(wèi)星的寬帶服務(wù)在空間段和地面段均利用重組計(jì)算技術(shù)傳遞有效帶寬和多媒體服務(wù)。高性能衛(wèi)星計(jì)算有效載荷是一種適合于星載數(shù)據(jù)處理和具有改變標(biāo)準(zhǔn)的最佳化的星載快包交換平臺(tái)。衛(wèi)星自主導(dǎo)航系統(tǒng)利用重組計(jì)算技術(shù)對(duì)衛(wèi)星位置的測(cè)量數(shù)據(jù)和軌道決定算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行星載實(shí)時(shí)處理以及衛(wèi)星在空間能自主導(dǎo)航的各項(xiàng)技術(shù)。未來的軟件無線電通過可重配置通信系統(tǒng)除能提供靈活性外還可提供