21、Java与硬件协处理器及FPGA的接口技术

Java与硬件协处理器及FPGA的接口技术

1. 协处理器在计算机架构中的位置

在复杂的计算机系统（如台式机或服务器）中，简单的模型并不适用。存在多个内存空间和内存总线，无法直接将协处理器连接到CPU核心。协处理器合适的位置是在扩展总线上，如PCI Express（PCIe）、USB或HyperTransport。以下是简化的PC或服务器架构示意：

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    PhysicalMemory(Physical memory):::process --> MemoryBus(Memory bus):::process
    MemoryBus --> PCIeBridge(PCIe Bridge):::process
    PCIeBridge --> PCIeBus(PCIe Bus):::process
    PCIeBus --> Coprocessor(Coprocessor):::process
    CPU(Running JVM and OS):::process --> MemoryBus

有一种应用特定指令集处理器（ASIP），它将协处理器功能直接集成到CPU数据路径中，可通过自定义指令访问。原则上，它比专用总线更快，但CPU数据路径上的可定制单元会降低最大频率，因为对时序要求严格的CPU组件无法进行最优布局。而且，编译器必须进行修改以理解新指令，这些问题限制了ASIP技术的应用。