【摘要】：本論文用信息處理機(jī)抽象了規(guī)模大小不同、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用范圍各異的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),用信息處理機(jī)體系結(jié)構(gòu)抽象了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件體系結(jié)構(gòu)和軟硬件之間的接口,強(qiáng)調(diào)了信息處理機(jī)的設(shè)計(jì)不是分割開各自進(jìn)行的軟件或硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì),而是軟硬件系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)(Hardware Software Co-Design)。目前,在該領(lǐng)域的體系結(jié)構(gòu)層面存在高抽象層軟硬件統(tǒng)一建模、各階段模型之間轉(zhuǎn)換、軟硬件劃分等問題,在實(shí)現(xiàn)技術(shù)層面存在并行構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)、自頂向下設(shè)計(jì)方法的實(shí)現(xiàn)等問題。本文以多核異構(gòu)的粗粒度并行的信息處理機(jī)為主要研究對象,針對上述問題,提出了基于格件的信息處理機(jī)體系結(jié)構(gòu)及以體系結(jié)構(gòu)為中心的開發(fā)流程。 格件模型是齊德昱教授發(fā)明專利《基于形式領(lǐng)域融合的計(jì)算模型》中提出的一種新的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及對應(yīng)的設(shè)計(jì)方法�；谠搶＠�,本論文首先為信息處理機(jī)提供了一種新的體系結(jié)構(gòu),該體系結(jié)構(gòu)統(tǒng)一抽象了信息處理機(jī)的軟、硬件體系結(jié)構(gòu)及之間的接口；其次,本論文提供了一種以體系結(jié)構(gòu)為中心的、基于格件的信息處理機(jī)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,用以彌補(bǔ)當(dāng)前軟件開發(fā)方法對并行系統(tǒng)及軟硬件協(xié)同系統(tǒng)支持的不足。本論文最終目標(biāo)是形成一個(gè)具有廣泛發(fā)展前景的系統(tǒng)級設(shè)計(jì)模型、系統(tǒng)級開發(fā)方法和計(jì)算機(jī)輔助軟件工程(CASE)技術(shù),使得信息處理機(jī)可以像工業(yè)品一樣,通過格件的組裝、融合,得以快速實(shí)現(xiàn)。 本論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)概括如下： 1.針對信息處理機(jī)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層次所面臨的問題,提出了基于格件的信息處理機(jī)體系結(jié)構(gòu)描述方法。 格件模型提出了一種新的信息處理機(jī)體系結(jié)構(gòu)描述方法,用格件融合器抽象了具體功能的實(shí)現(xiàn),封裝了并行實(shí)現(xiàn)的軟硬件構(gòu)件的細(xì)節(jié),提供了規(guī)范的接口對外服務(wù),具有可重用性；用預(yù)制場定義了一組抽象規(guī)則,用以規(guī)范特定領(lǐng)域內(nèi)的各融合器之間的通信方法和執(zhí)行順序,并為設(shè)計(jì)者提供了建立應(yīng)用模型的框架；用格敘／場敘記錄了格件模型的系統(tǒng)配置和連接狀態(tài)；角格件引擎解析并執(zhí)行格敘／場敘�；诟窦南到y(tǒng)描述模型在高層抽象了信息處理機(jī)的構(gòu)成,屏蔽了具體功能軟硬件實(shí)現(xiàn)方案的區(qū)別和底層物理平臺的多樣性。 2.針對現(xiàn)有并行應(yīng)用及軟硬件協(xié)同系統(tǒng)開發(fā)方法的不足,提出了基于格件的、以體系結(jié)構(gòu)為中心的、自頂向下的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法。 基于格件、并在預(yù)制場規(guī)范下建立的系統(tǒng)描述模型貫穿信息處理機(jī)開發(fā)全過程,并具備如下特征：1)可執(zhí)行性,即可直接執(zhí)行該模型以進(jìn)行仿真驗(yàn)證,并支持基于該模型的設(shè)計(jì)空間搜索和系統(tǒng)協(xié)同綜合；2)軟硬件統(tǒng)一性,即針對系統(tǒng)功能建模,在實(shí)現(xiàn)階段才進(jìn)行軟硬件劃分；3)全局同構(gòu)性,即系統(tǒng)開發(fā)的各階段均基于該模型,并可直接轉(zhuǎn)換為代碼模型。用于軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的預(yù)制場采用了通信順序進(jìn)程模型作為并行編程的規(guī)范,采用標(biāo)準(zhǔn)C語言的擴(kuò)展集impulseC語言作為融合器的實(shí)現(xiàn)手段。 3.針對軟硬件協(xié)同領(lǐng)域設(shè)計(jì)空間巨大的問題,實(shí)現(xiàn)了一種去耦合的基于多目標(biāo)優(yōu)化算法的設(shè)計(jì)空間搜索模式。 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法在相互制約的多個(gè)系統(tǒng)約束條件和優(yōu)化目標(biāo)下(如成本,功耗,時(shí)間特性等),無法達(dá)到系統(tǒng)的整體最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。本文提出了基于系統(tǒng)描述模型的設(shè)計(jì)空間搜索算法,將傳統(tǒng)的軟硬件二元映射的搜索模型擴(kuò)展為軟硬件k路映射搜索模型,采用多目標(biāo)遺傳算法在設(shè)計(jì)空間中自動(dòng)搜索Pareto最優(yōu)解的設(shè)計(jì)方案。并通過建立規(guī)范的接口,將多目標(biāo)優(yōu)化算法的問題描述與問題求解進(jìn)行去耦合化,從而實(shí)現(xiàn)了多種求解算法的平滑接入。 本文最后一章使用格件模型實(shí)現(xiàn)了基于多核可編程片上系統(tǒng)(MPSoC)的節(jié)點(diǎn)級信息處理機(jī),基于MPSoC的復(fù)雜嵌入式設(shè)備是異構(gòu)多核粗粒度信息處理機(jī)的典型代表。本設(shè)計(jì)方法并可通過平滑擴(kuò)展來構(gòu)造單板級、服務(wù)器級、集群級的信息處理機(jī)。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TP303

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2747400