FPGAを含む計算資源管理のためのオペレーティングシステム基盤

用于管理包括 FPGA 在内的计算资源的操作系统平台

• 批准号: 20K11751
• 负责人: 追川 修一
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Advanced Institute of Industrial Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K11751/
• 关键词: ソフトウェア; オペレーティングシステム; 計算機システム

2022年度は、FPGAを含む計算資源の多重化を実現する開発環境の開発ならびに評価についての研究を行った。本研究では、FPGAは1つのプロセスが占有して使用するものであり、他のFPGAを使用するプロセスは実行を開始することができないという問題点を解決するため、計算資源としてはCPUはFPGAを代替する、またその逆も成り立つという、CPUとFPGAを並列に考えるという概念を取り入れることで、必要とする計算資源が占有されている場合は、他の利用可能な計算資源を用いて実行するという選択肢を得ることで、計算資源全体での多重化を可能にしている。そのための開発環境として、単一のプログラムから複数の利用可能な計算資源で実行可能なバイナリ等を生成できる環境が必要となる。そのプログラムから、CPUについてはコンパイルして実行可能バイナリを生成し、FPGAについては高位合成(HLS)によりFPGA回路に変換してIPを生成する開発環境の開発を行った。開発環境は、複数のオペレーティングシステム間でのポータビリティを考慮し、Dockerを用いて開発を行った。評価には汎用性を重視し、Windowsを用いて行った。WindowsではDocker for WindowsとWSL2上のDockerの2通りの方法を用いることができるため、それら両方に開発環境を構築し、比較を行った。プログラムのソースコードをどこに配置するかが開発効率に影響するため、ホスト環境にソースコードを配置するかたちで生成時間を計測したところ、Windows上にソースコードを配置するDocker for Windowsよりも、WSL2上のUbuntuにソースコードを配置するWSL2上のDockerの方が約3倍高速であり、開発環境としてはWSL2を用いる方が有効であることを明らかにした。

在2022财年，我们对开发环境的开发和评估进行了研究，这些开发和评估能够对包括FPGA的计算资源进行多元化。在这项研究中，为了解决一个过程，一个过程被占用和使用的问题，以及使用其他FPGA的过程无法开始执行，通过将CPU和FPGA的思考概念合并到并行中的CPU和FPGA的思考概念中，CPU将FPGA作为计算资源替换为计算资源，而在使用其他计算资源的选项中，可以使用这些计算资源来实现乘坐资源。作为为此目的的开发环境，需要从单个程序中使用多个可用的计算资源执行的二进制文件等环境。从该程序中，我们开发了一个开发环境，其中编译了CPU以生成可执行的二进制文件，并使用高级合成（HLS）将FPGA转换为FPGA电路以生成IPS。考虑到多个操作系统之间的可移植性，使用Docker开发了开发环境。使用Windows进行评估，重点是多功能性。在Windows中，可以使用两种方法：Windows和Docker的Docker在WSL2上，因此我们为这些方法构建了一个开发环境并进行了比较。由于放置程序的源代码会影响开发效率，因此，当我们通过将源代码放置在主机环境中测量生成时间时，我们透露，WSL2上的Docker（在WSL2上将源代码放置在WSL2上的源代码）比Windows的Docker比Docker快三倍，该Windows将源代码放在Windows上，并且使用WSL2在Windows上，使用了WSL2的开发环境。

项目成果

Operating System Framework for Transparent Execution on a CPU and FPGA

在 CPU 和 FPGA 上透明执行的操作系统框架

• 发表时间: 2021
• 作者: 更田 裕司;森田 行則;Shuichi Oikawa
• 通讯作者: Shuichi Oikawa

Operating System Resource Management for FPGA

FPGA 操作系统资源管理

• 发表时间: 2020
• 作者: 田中 和也;門田 暁人;Zeynep Yucel;高井利憲;三宅 武将，福間 慎治，森 眞一郎;Satoshi Fujita;Shuichi Oikawa
• 通讯作者: Shuichi Oikawa