以通信和多媒体技术为代表的应用需求的迅速发展,对传统的微处理器和ASIC的性能提出了更高的要求。VLSI技术的进步促进了以FPGA为代表的可重构硬件的快速发展,尤其是具有动态部分重构能力的可重构硬件的出现,使可重构计算成为解决这类问题的重要方法。但是,限于目前可重构硬件的系统结构和重构技术等方面的发展现状,可重构计算的实用化还存在诸多挑战性问题。针对微处理器和可重构硬件构成的动态重构系统,本文重点研究了系统的重构方式、可重构资源管理、硬件任务的调度与布局以及软硬件划分等问题,并给出了相应的解决方案和实验分析,为进一步研究可重构计算及其实用化打下了良好的基础。本文的主要研究内容包括:在分析FPGA配置结构和动态模块对应的部分位流结构的基础上,实现了一种动态模块的重定位方法。基于模块的部分重构是降低系统重构开销的一种有效方法,但由于部分位流是在FPGA的某位置上预综合得到的,配置到FPGA上并启动该电路模块的执行也必须是在相同的位置,因此会导致时间上相互交叉的模块产生冲突。利用重定位技术可以根据需要将该模块转移到同构资源的空闲位置上,能够提高系统的执行效率。提出了一种基于配置页的可重构资源管理方法,并基于Virtex II平台FPGA实现了相应的原型系统。系统对不同的可重构资源进行分类建模,分析了配置页尺寸的确定方法,并以配置页为基本单位进行管理。运行时可以根据应用需求分配一段由不同数量的连续配置页构成的逻辑区域,以及回收和合并空闲配置页等,有效地实现了1D划分下的可重构资源管理。提出了可重构硬件的一种2D区域模型,并给出了该模型下可重构资源管理和硬件任务布局的算法及实验分析。基于任务上边界的最大空闲矩形保持算法能够有效地管理可重构硬件上的空闲资源,便于在运行时动态分配与回收可重构资源以及使用FF和启发式BF算法实现硬件任务的在线布局。与1D划分相比,能够提高可重构硬件的资源利用率,从而提高系统的性能。基于可重构硬件的动态部分重构能力,采用2D区域模型进行可重构资源的分配与回收,并考虑硬件任务的重构延时和并发执行等特性,采用遗传算法和爬山算法实现了面向动态重构系统的软硬件划分,其中对划分结果的评价使用了动态优先级调度算法。软硬件划分能够有效地将任务流图表示的应用调度到系统中的微处理器和可重构硬件上,以充分发挥两者各自的优势,达到优化动态重构系统性能的目标。