10.14489/vkit.2015.05.pp.003-008

DOI: 10.14489/vkit.2015.05.pp.003-008

Левин И. И., Семерникова Е. Е.
ОРГАНИЗАЦИЯ БИТОВОЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ДЛЯ РЕКОНФИГУРИРУЕМЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ЯЗЫКЕ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ВЫСОКОГО УРОВНЯ
(с. 3-8)

Аннотация. Рассмотрены системы для программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), используемые при реализации операций на уровне битов. Проведен анализ наиболее распространенных языков программирования ПЛИС. Предложено расширить язык высокого уровня COLAMO для реализации масштабирования и округления результатов битовой обработки в автоматическом режиме. Введена новая конструкция языка, которая позволяет разграничивать способ доступа к битам для переменной произ-вольной длины на параллельный или последовательный. Приведены примеры использования новых конструкций языка и эквивалентные им структурные схемы вычислений.

Ключевые слова: реконфигурируемая вычислительная система; программируемая логическая интегральная схе-ма; битовая обработка; масштабирование; заданная точность вычислений; ресурсонезависимое программирование.

Levin I. I., Semernikova E. E.
ORGANIZATION OF A BIT DATA PROCESSING FOR RECONFIGURABLE COMPUTING SYSTEMS USING HIGH-LEVEL PROGRAMMING LANGUAGE
(pp. 3-8)

Abstract. In this paper we consider existing up-to-date programming systems for Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs) which are able to provide bit-operations. Analysis of the most popular FPGA programming languages such as VHDL, Verilog, Mitrion-C, Handle-C, Cryptol, COLAMO shows that their tools are not enough for effective bit-level data processing. The main disadvantages of the abovementioned pro-gramming systems with variable capacity are laborious and continuous process of application development and redundant use of FPGA hard-ware resource. Besides, these systems have no capabilities of fast application readjustment for the specified precision of calculations, i.e. auto-matic modification of the number of digits of calculation results, using rounding or scaling operations, is impossible. In this case we suggest an extension of the COLAMO language in the part of bit processing. A new language structure is presented in order to differ a parallel or a stream way of access to a variable of a random length. The result capacity is determined by the input capacity of variables and by the specified precision of calculations. Besides, rounding and scaling operations must be performed automatically with the specified level of precision.Owing to the suggested extensions of the COLAMO language we can effectively use FPGA hardware resource, and significantly minimize laboriousness, and hence, minimize the time of application development. In the paper we also present examples of new language structures and explain how to use them, and show computational charts which correspond to these structures. Use of these extensions of the COLAMO language provide the most effective use of FPGA hardware resource for symbol processing and digital signal processing on reconfigurable computer system.

Keywords: Reconfigurable computer system; Field-programmable gate arrays; Bit-level processing; Scaling; Specified precision of calculations; Resource independent programming.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

И. И. Левин, Е. Е. Семерникова (Научно-исследовательский институт многопроцессорных вычислительных систем им. акад. А. В. Каляева ЮФУ, Таганрог) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Eng

I. I. Levin, E. E. Semernikova (Scientific Research Institute of Multiprocessor Computer Systems of Southern Federal University, Taganrog) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Реконфигурируемые мультиконвейерные вы-числительные структуры / И. А. Каляев и др.; под общ. ред. И. А. Каляева. 2-е изд., перераб. и доп. Ростов н/Д: Изд-во ЮНЦ РАН, 2009. 344 с.
2. Каляев А. В., Левин И. И. Многопроцессорные системы с перестраиваемой архитектурой: концепции развития и применения // Наука – производству. 1999. № 11. С. 11 – 19.
3. Каляев А. В., Левин И. И. Модульно-наращи-ваемые многопроцессорные системы со структурно-процедурной организацией вычислений. М.: Янус-К, 2003. 380 с.
4. Грушвицкий Р. И., Мурсаев А. Х., Угрюмов Е. П. Проектирование систем на микросхемах с программи-руемой структурой. 2-е изд. СПб.: БХВ-Петербург, 2006. 736 с.
5. Семерникова Е. Е. Разработка масштабируе-мых реализаций алгоритмов символьной обработки для реконфигурируемых вычислительных систем // Изв. ЮФУ. Техн. науки. 2012. № 4. С. 215 – 218.
6. Рубанов В. В. Обзор методов описания встраи-ваемой аппаратуры и построения инструментария кросс-разработки [Электронный ресурс]. URL: http:// citforum.ru/programming/embedded/languages (дата обра-щения: 15.03.2015).
7. Языки высокого уровня ImpulseC, Mitrion-C и Handel-C [Электронный ресурс]. URL: http://fpga.parallel.ru/ lang.html (дата обращения: 15.03.2015).
8. Programming Cryptol. Cryptol: The Language of Cryptography [Электронный ресурс] / Erkök L. et al. Portland: Galois, 2010 – 2014. 143 р. URL: http://cryptol.net/ files/ProgrammingCryptol.pdf (дата обращения: 15.03.2015).
9. Описание языка программирования COLAMO [Электронный ресурс]. URL: http://colamo.parallel.ru/ (дата обращения: 15.03.2015).
10. Левин И. И., Дордопуло А. И., Гудков В. А. Семантические особенности описания переменных на языке программирования COLAMO // Суперкомпьютер-ные системы и их применение: SSA’2010: третья Между-нар. науч. конф.: доклады в 2 т. Т. 1; науч. ред. В. В. Анищенко. 25 – 27 мая 2010 г. Минск, 2010. С. 176 – 179.
11. Левин И. И., Гудков В. А. Расширение языка высокого уровня COLAMO для программирования ре-конфигурируемых вычислительных систем на уровне логических ячеек ПЛИС // Вестник компьютерных и ин-формационных технологий. 2010. № 12. С. 10 – 17.
12. Солонина А. И., Улахович Д. А., Яковлев Л. А. Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов. СПб.: БХВ-Петербург, 2001. 464 с.

Eng

1. Kaliaev I. A. (Ed.). (2009). Reconfigurable multi pipeline computational structures. (2nd (Revised and Sup-plemented) ed.). Rostov-on-Don: Izdatel'stvo IuNTs RAN.
2. Kaliaev A. V., Levin I. I. (1999). Multiprocessor sys-tems with tunable architecture: development concept and applications. Nauka – proizvodstvu, (11), pp. 11-19.
3. Kaliaev A. V., Levin I. I. (2003). Modular and scal-able multiprocessor systems with structural and procedural organization of calculations. Moscow: Ianus-K.
4. Grushvitskii R. I., Mursaev A. Kh., Ugriumov E. P. (2006). Designing the systems on programmable logic. (2nd (Revised and Supplemented) ed.). St. Petersburg: BKhV-Peterburg.
5. Semernikova E. E. (2012). Development of scalable implementations of symbol processing algorithms for recon-figurable computing systems. Izvestiia IuFU. Tekhnicheskie nauki, (4), pp. 215-218.
6. Rubanov V. V. Review of methods for describing the built-in equipment and building tools of cross-development. Available at: http:// citforum.ru/programming/ embedded/languages (Accessed: 15.03.2015).
7. High-level languages ImpulseC, Mitrion-C and Handel-C. Available at: http://fpga.parallel.ru/ lang.html (Accessed: 15.03.2015).
8. Erkök L. et al. Programming Cryptol. Cryptol: The Language of Cryptography Portland: Galois, 2010 – 2014. Available at: http://cryptol.net/files/ProgrammingCryptol.pdf (Accessed: 15.03.2015).
9. Description of the programming language COLAMO. Available at: http://colamo.parallel.ru/ (Accessed: 15.03.2015).
10. Anishchenko V. V. (Ed.), Levin I. I., Dordopulo A. I., Gudkov V. A. (2010). Semantic features of declaring vari-ables in programming language COLAMO. Supercomputing systems and its application: SSA’2010: proceedings of the third International scientific conference. In 2 volumes. Volume 1. 25 – 27 May 2010. Minsk, pp. 176 – 179.
11. Levin I. I., Gudkov V. A. (2010). Extension of high level language COLAMO for reconfigurable computer sys-tems programming on the level of FPGA logic cells. Vestnik komp'iuternykh i informatsionnykh tekhnologii, (12), pp. 10-17.
12. Solonina A. I., Ulakhovich D. A., Iakovlev L. A. (2001). Algorithms and processors for digital signal processing. St. Petersburg: BKhV-Peterburg.

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 350 руб. (в том числе НДС 18%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа статьи заполните форму:

{jform=1,doi=10.14489/vkit.2015.05.pp.003-008}

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 350 rubles. (including VAT 18%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please fill out the form below:

{jform=2,doi=10.14489/vkit.2015.05.pp.003-008}