【摘要】： 嵌入式系統(tǒng)通常是完成特定功能的軟件和硬件的集合，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展十分迅速。在傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中，軟硬件設(shè)計(jì)過程的割裂導(dǎo)致了低質(zhì)量的設(shè)計(jì)方案和開發(fā)進(jìn)程的拖延，現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的需求。 軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)是一種新的設(shè)計(jì)方法。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)軟硬件開發(fā)過程并行開展，一方面可以縮短設(shè)計(jì)周期，極大地提高設(shè)計(jì)效率。另一方面可以根據(jù)系統(tǒng)各個部分的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)約束，，選擇軟件或者硬件實(shí)現(xiàn)方式，得到高性能，低成本的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。本文的主要研究了系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)中的若干關(guān)鍵技術(shù)，包括：系統(tǒng)模型、設(shè)計(jì)評價(jià)技術(shù)、軟硬件協(xié)同綜合和嵌入式微處理器虛擬原型技術(shù)。 針對有固定周期約束的計(jì)算密集型嵌入式系統(tǒng)，本文提出了帶時(shí)間約束的任務(wù)流圖模型(TTG)，為軟硬件協(xié)同綜合綜合和評價(jià)研究奠定了良好的基礎(chǔ)。TTG模型中以任務(wù)作為設(shè)計(jì)的基本粒度，本文指出了任務(wù)劃分問題的重要性，并提出了基于系統(tǒng)行為對象關(guān)系度量進(jìn)行任務(wù)劃分的方法。 文中通過分析完全點(diǎn)和二分點(diǎn)的情況，提出了兩個合并準(zhǔn)則，對于C.J.Tseng提出的、目前使用廣泛的基團(tuán)剖分算法進(jìn)行了改進(jìn)。經(jīng)模擬測試表明，新算法明顯提高了劃分質(zhì)量。 軟硬件協(xié)同綜合決定系統(tǒng)功能在軟硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的分配，是軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的核心問題。本文提出了基于改進(jìn)遺傳算法解決軟硬件協(xié)同綜合問題的新方法，基于TTG模型，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)多并發(fā)任務(wù)流在多處理單元結(jié)構(gòu)上的映射。對于遺傳算法的若干改進(jìn)明顯提高了綜合算法的速度、穩(wěn)定性和適應(yīng)性。 在對現(xiàn)有性能評價(jià)方法的深入對比研究和對軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)中調(diào)度問題分析的基礎(chǔ)上，本文提出了基于動態(tài)關(guān)鍵路徑優(yōu)先調(diào)度進(jìn)行系統(tǒng)層性能評價(jià)的方法，實(shí)驗(yàn)表明該方法優(yōu)于其它幾種調(diào)度算法。 嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心，本文介紹了面向嵌入式微處理器的虛擬原型工具——VCPU的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。同其它微處理器仿真工具相比，該工具具有多層次，可配置，功能全面的特點(diǎn)。 軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)進(jìn)程的并行化和協(xié)作化，該設(shè)計(jì)方法需要相應(yīng)輔助設(shè)計(jì)環(huán)境的支持。本文介紹了我們開發(fā)的支持軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法的并行設(shè)計(jì)環(huán)境——YH-CDE，該設(shè)計(jì)環(huán)境以集成框架為核心，支持嵌入式系統(tǒng)多層次的建模與仿真。 最后，對于研究工作進(jìn)行了總結(jié)，并指出了今后的研究方向。 本文的研究成果對于推動軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用有重要的理論意義和實(shí)踐意義。
【圖文】：

了=<v了，t1>和輸出事件。2二<vZ，t2>，都有t2>t了。將任務(wù)點(diǎn)火時(shí)間和輸出事件產(chǎn)生時(shí)間之間的差作為任務(wù)運(yùn)算時(shí)間(computationtime)。我們假定任務(wù)在某處理單元上的運(yùn)算時(shí)間為一個常數(shù)。圖2.10表明了任務(wù)的點(diǎn)火以及任務(wù)處理在事件時(shí)間標(biāo)記上的反應(yīng)。任務(wù)流圖的每次運(yùn)行，都從初始節(jié)點(diǎn)start啟動，稱為任務(wù)流圖的點(diǎn)火，Start節(jié)點(diǎn)標(biāo)記了任務(wù)流圖的開始時(shí)間。每個僅以Start為前向節(jié)點(diǎn)的任務(wù)在任務(wù)流圖點(diǎn)火后就可以點(diǎn)火運(yùn)行。當(dāng)所有的節(jié)點(diǎn)運(yùn)行完畢后，end.節(jié)點(diǎn)的輸入事件集到齊標(biāo)記任務(wù)流圖的一次運(yùn)行完成。定義任務(wù)流圖的運(yùn)行時(shí)間或者反應(yīng)時(shí)間為從Start節(jié)點(diǎn)點(diǎn)火到end節(jié)點(diǎn)完成所需要的時(shí)間。為任務(wù)流圖定義一個周期period(或者被稱為速率約束)，該周期確定了每兩次任務(wù)啟動之間的時(shí)間間隔。為任務(wù)流圖定義一個完成時(shí)限(deadiine)，該時(shí)限規(guī)定了從設(shè)計(jì)允許的任務(wù)流圖最長反應(yīng)時(shí)間。若任務(wù)在某種實(shí)現(xiàn)上的反應(yīng)時(shí)間都小于這個時(shí)限，則稱該任務(wù)流圖滿足時(shí)限約束。任務(wù)流圖的周期和時(shí)限一般是由嵌入式系統(tǒng)的外界因素所限定的設(shè)計(jì)約束。比如在動態(tài)視頻播放中，為保證用戶不覺察到圖像停頓，要求視頻解碼器能在0.03秒內(nèi)處理一幀圖像

優(yōu)化過程中任務(wù)流圖運(yùn)算時(shí)間:TIME(s)變化對比
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2002
【分類號】：TP332

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本文編號：2648389